Hallazgos y revelaciones de la Experiencia Eólica Uruguaya. La caída de algunos mitos. Acad. Ing. Oscar Ferreño Director Gerente de Ventus

La experiencia a escala industrial de UTE en Generación eólica comenzó en 2005, en plena crisis energética y cuando el Directorio presidido por el Ingeniero Beno Ruchansky le encomendó a la Gerencia de Generación analizar las posibilidades de instalar un parque eólico de 10 MW. La realización de este parque trajo aparejado el descubrimiento del desarrollo europeo en estas tecnologías, en particular España y el hecho que la generación eólica se adaptaba muy bien a las necesidades energéticas de Uruguay. Un hay operativos 900 MW eólico que suministran el 25 % de las necesidades eléctricas del Uruguay y en algunos meses habrá operativos 1500 MW, lo que convertirán a Uruguay en el mercado eléctrico con el mayor porcentaje de participación eólica en el mundo, superando el 42 % de penetración. Este éxito de la eólica en Uruguay no siempre se percibió de igual manera y al comienzo había ciertos mitos que vaticinaban que la eólica tendría un papel marginal en el sistema Uruguayo. Se decía “no pretendemos que sea la solución a los problemas energéticos de Uruguay pero si que colabore a resolverlos” La Generación eólica en Uruguay

La presentación que se muestra a continuación busca resaltar algunos hallazgos que la experiencia de Uruguay de alta penetración eólica ha podido revelar y que pueden ser inéditos a nivel mundial, en particular se observa la caída de algunos mitos: 1)Que la energía producida es de mala calidad y solo puede introducirse en forma parcial o marginal. 2)Que se trata de una forma de generación muy costosa. 3)Que las variaciones de potencia horaria son muy bruscas y la hacen ingobernable. 4)Que siempre precisan gran cantidad de respaldo firme. Por cada MW eólico que se instale es necesario instalar un MW térmico y de funcionamiento muy flexible (turbinas de gas y motores). Mitos de Energía Eólica

Hallazgo sobre la calidad de la energía producida por aerogeneradores Al inicio de la generación eólica en gran escala se utilizaba equipos de velocidad fija y en algunos casos de palas fijas. Esto era lógico porque la generación tradicional se desarrollaba con Generadores sincrónicos. La naturaleza “arrachada” del viento, transmitía las turbulencias a la producción eléctrica, provocando que la energía producida era fluctuante con potencia y voltaje variable (flickers) y limitando el tamaño de los aerogeneradores debido a los esfuerzos variables que la turbulencia les imponía. En estas circunstancias la eólica solo podría tener una participación marginal. Al principio de los años 90, se comenzó a analizar la idea de los aerogeneradores de velocidad variable, la velocidad de giro de la máquina varía con las variaciones de la velocidad del viento actuando como filtro de las perturbaciones. En 1991 entró en funcionamiento el AWEC 60 de 1,5 MW y 60 m de diámetro, poseía un generador de inducción doblemente alimentado estando el rotor alimentado por una cascada hipersincrónica, en ese entonces los aerogeneradores no superaban los 200kW.

Para el año 2006 en Europa solo se comercializaron generadores de control de potencia por velocidad variable y paso variable, este último para limitar la potencia máxima. Con esta tecnología desapareció el problema de calidad de energía y al disminuir el esfuerzo sobre los equipos aumentó el tamaño de los mismos aumentando el potencial eólico de una región determinada y el factor de capacidad de los parques eólicos, convirtiéndolos en mucho más estables. A título de ejemplo, con algo menos de 900 MW instalados, el 25 de abril próximo pasado a las 3 de la mañana la eólica alimentaba el 83 % del consumo uruguayo y el 26 de marzo a lo largo del día la eólica produjo el 65 % de la energía entregada al sistema. Con 1500 MW habrá muchos días y muchas horas donde la eólica cubra el 100 % de las necesidades energéticas del país. La energía eólica dejó de ser una ayuda para ser parte fundamental de la solución de los problemas energéticos. Hallazgo sobre la calidad de la energía producida por aerogeneradores

Hallazgo sobre los costos de la Generación Eólica Un aerogenerador moderno de velocidad y paso variable de 2 MW, 100 m de altura de buje y 100 m diámetro tiene un costo de inversión de unos MM1,8 U$S/MW. Si trabaja a potencia nominal horas por año (factor de capacidad de 45 %) y queremos que se repague en 9,11 años (TIR de 7 % a 15 años), el Capex será de:  U$S/ MW/ h /9,11 = 50 U$S/MWh  Si agregamos un Opex de 10 U$S/MWh  Esto nos da un costo total en el orden de los 60 U$S/MWh La Energía Eólica no tiene costo de combustible, por eso tanto el Capex como el Opex (solo O&M en este caso) son una parte muy importante del costo de generación, esto lleva a la necesidad de contratos de largo plazo. Este es el caso de lo que se encontró en las subastas uruguayas.

Hallazgo sobre los costos de la Generación Eólica Un Ciclo Combinado que pueda funcionar tanto con combustibles líquidos como con gas natural tiene un costo de inversión de aproximadamente U$S/MW Si trabaja a potencia nominal horas por año (factor de utilización de 80%) y queremos que se repague en 9,11 (TIR de 7 % a 15 años) años el Capex será de: U$S/ MW/ 7000 h /9.11 = 15.7 U$S/MWh; U$S/ MW/ 7000 h /9.11 = 15.7 U$S/MWh; Si agregamos un O&M de 2 U$S/MWh; Si agregamos un O&M de 2 U$S/MWh; Esto nos da un costo del MWh sin combustible del orden de 18 U$S/MWh; Esto nos da un costo del MWh sin combustible del orden de 18 U$S/MWh; Por cada dólar que cuesta el MMBTU el costo de generación es de 6.8 U$S/MWh.

Hallazgo sobre los costos de la Generación Eólica Si hacemos la cuenta vemos que en el caso de Uruguay, los costos del Ciclo Combinado igualan a la Eólica para un costo de combustible de 6,2 U$S/MMBTU o un petróleo a 40 U$S/Barril. La eólica es una tecnología de costo variable muy bajo. La eólica es una tecnología de costo variable muy bajo. Hay grandes posibilidades de que su vida útil seguramente vaya mucho más allá de los 20 años de las actuales certificaciones. Hay grandes posibilidades de que su vida útil seguramente vaya mucho más allá de los 20 años de las actuales certificaciones. Siempre será es posible encontrar algún tipo de financiación que vuelva rentable cualquier precio de comercialización de la energía eólica. Siempre será es posible encontrar algún tipo de financiación que vuelva rentable cualquier precio de comercialización de la energía eólica. Las recientes subastas de Perú y México son un ejemplo de esa posibilidad.

Hallazgo sobre las variaciones de la Generación Eólica Se decía que las variaciones de la eólica eran muy bruscas, se hablaba de “excursiones de potencia” de gran magnitud. El problema no era solo el cese de los vientos sino sobre todo en el momento de fuertes vientos cuando todos los aerogeneradores “cortan” por exceso de viento. La experiencia uruguaya ha demostrado que esto es cierto solo si los parques estuviesen concentrados en un solo punto geográfico. Entre el 28 de setiembre de 2015 y 13 de mayo de 2016 tuvimos en operación 848 MW eólicos durante un período de 5472 Horas. Estos MW están más o menos distribuidos en todo el país. En ese periodo la variación horaria máxima fue de 228 MW.

Hallazgo sobre las variaciones de la Generación Eólica En ese periodo la variación horaria máxima fue de 228 MW. Si consideramos el 97 % de las horas, la variación máxima fue 120 MW. Si consideramos el 95 % de las horas, la variación máxima fue 100 MW. Si consideramos el 90 % de las horas, la variación máxima fue 60 MW. Si consideramos el 60 % de las horas, la variación máxima fue 10 MW. Estos son valores horario y son inferiores a la salida intempestiva de una central térmica o de hidráulica de gran tamaño.

Hallazgo sobre las variaciones de la Generación Eólica La clase son las variaciones horarias de potencia para los 848 MW en 5472 horas.

Hallazgo sobre las variaciones de la Generación Eólica

Variaciones de potencia horaria para el 97% de las horas si la potencia instalada fuera proporcional a la existente.

Hallazgo sobre las necesidades de potencia firme para respaldar a la energía eólica- Desde e año 2010 UTE consideró la realización de un Ciclo Combinado de 540 MW para respaldar el desarrollo eólico de Uruguay complementando las unidades térmicas existentes. A principios de 2013, ante los atrasos que tenia la construcción del Ciclo Combinado se decidió recurrir a arrendamiento de Centrales de Emergencia, en junio de 2013 acuerdo a los estudios realizados por UTE y ADME había operativos 350 MW de esas características, equipos que tuvieron un uso regular. En principio el arrendamiento sería hasta tener operativo el C.C.. A principios de 2016, y ante los atrasos en la construcción del C.C., se volvieron a revisar los estudios para determinar si era necesario aumentar la generación de emergencia y sorprendentemente se pudo prescindir de 300 MW de esos 350 arrendados. Lo que ocurría era que entre junio de 2013 y mayo de 2016, había operativos 800 MW eólicos.

Hallazgo sobre las necesidades de potencia firme para respaldar a la energía eólica. Esos 800 MW eólicos contribuyen al sistema con el equivalente de 300 MW térmicos. Si consideramos el año 2018 con una demanda de GWh, y un parque generador compuesto por: 1593 MW Hidroeléctricos 1593 MW Hidroeléctricos 1500 MW Eólicos 1500 MW Eólicos 200 MW Fotovoltaicos 200 MW Fotovoltaicos 200 MW Biomasa 200 MW Biomasa Podemos efectuar simulaciones para los escenarios hidráulicos más secos.

Hallazgo sobre las necesidades de potencia firme para respaldar a la energía eólica. Si admitimos un riesgo de falla de 1 % y el sistema solo tiene la Biomasa y la Térmica tendremos que se precisan 1500 MW térmicos. PFN = 1500 MW Si admitimos un riesgo de falla de 1 % y el sistema solo tiene la Biomasa, la Térmica y la Hidráulica en el año más seco, tendremos que se precisan 850 MW térmicos. CPFH = 650 MW Si admitimos un riesgo de falla de 1 % y el sistema solo tiene la Biomasa, la Térmica y la Eólica tendremos que se precisan 1150 MW térmicos. CPFE = 350 MW Si admitimos un riesgo de falla de 1 % y el sistema solo tiene la Biomasa, la Térmica y la Fotovoltaica se precisan 1480 MW térmicos. CPFE = 20 MW

Hallazgo sobre las necesidades de potencia firme para respaldar a la energía eólica. Si admitimos un riesgo de falla de 1 % y el sistema tiene la Biomasa, la Térmica, la Hidráulica en el año más seco, la Eólica y la Fotovoltaica tendremos que se precisan 300 MW térmicos. CPFC = 1200 MW Vemos que la suma de CPFH más CPFE más CPFF resulta en 1020 MW Lo que es menor que la CPFC. Hay una sinergia entre la Hidroeléctrica y las ERNC, la contribución a las necesidades de Potencia Firme en conjunto es mayor que las contribuciones individuales. Esta experiencia hace desaparecer el mito que dice que la eólica no aporta potencia firme a los sistemas eléctricos.

Hallazgo sobre las necesidades de potencia firme para respaldar a la energía eólica. El aporte de potencia firme a los sistemas eléctricos. Cuando se crearon los marcos regulatorios de la región no existían las ERNC. Cuando se crearon los marcos regulatorios de la región no existían las ERNC. Los reglamentos establecen que los contratos de energía entre agentes generadores y agentes consumidores deben ser acompañados de contratos de potencia firme. Los reglamentos establecen que los contratos de energía entre agentes generadores y agentes consumidores deben ser acompañados de contratos de potencia firme. Los reglamentos que exigen potencia firme a los contratos no reconocen potencia firme a las ERNC, esto es debido a su variabilidad y a que no son gestionables. Los reglamentos que exigen potencia firme a los contratos no reconocen potencia firme a las ERNC, esto es debido a su variabilidad y a que no son gestionables. Es necesario una adecuación del reglamento a las características actuales del sistema eléctrico. Es necesario una adecuación del reglamento a las características actuales del sistema eléctrico.

Hallazgo sobre las necesidades de potencia firme para respaldar a la energía eólica. Las ERNC desplazando en el despacho a las hidroeléctricas hacen que los embalses duren más y aumentan en forma significativa la potencia firme de los sistemas que integran. Las renovables y la eólica en particular combinadas con las hidroeléctricas disminuyen drásticamente las necesidades de respaldo térmico. La eólica desplaza a la hidráulica cuando el viento sopla y prolonga la duración de los embalses, la hidráulica cubre a la eólica cuando el viento cesa. Esto es cierto aún en el caso de embalses de pocos días de almacenamiento. La desaparición de estos mitos tienen gran importancia para el desarrollo de un sistema eléctrico, en particular han bajado drásticamente las necesidades de generación térmica de respaldo y permite facilitar la comercialización de la energía eólica entre agentes.

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