Nuevos paradigmas en la evaluación de proyectos energéticos (página 2)

Los recursos naturales no renovables son limitados y, aunque pueden descubrirse nuevas reservas, siempre lo serán; en consecuencia, la sustentabilidad de cualquier sistema energético basado exclusivamente en ellos está indefectiblemente acotada[8]. Además, se conoce que la capacidad de la naturaleza para absorber los efectos de la explotación de esos recursos es restringida[9].

Con sólo considerar las cantidades de energía necesarias para que todos los países del Tercer Mundo alcancen un desarrollo económico mínimo tal que les permita satisfacer las necesidades básicas de sus habitantes, aún bajo la optimista hipótesis de que pudiera lograrse una solidaria y efectiva cooperación entre todas las naciones, se visualiza que no hay otra opción más que aprovechar racionalmente todas las fuentes[10]. Este sentido complementario, no excluyente, se presenta como la interpretación más realista del rol que le compete a las fuentes renovables en el contexto del sistema energético mundial. Su peso relativo, aún muy escaso, podrá ir aumentando paulatinamente a medida que se comprenda mejor esta necesidad y la tecnología para su explotación se perfeccione. No es casual que EEUU y la Unión Europea se encuentren desde hace ya unos cuantos años impulsando decididamente programas de investigación, desarrollo y promoción sumamente ambiciosos en este campo.

También debe decirse que no han sido pocos los programas emprendidos en los países en vías de desarrollo que han fracasado, principalmente como consecuencia de haber sido concebidos sobre la base de la voluntad pero sin la imprescindible rigurosidad científica y tecnológica. Esto ha desalentado muchas iniciativas, creando cierta desconfianza acerca de la utilidad de las fuentes renovables.

Este trabajo pretende aportar algunos elementos que faciliten la toma de decisiones sobre proyectos energéticos de baja potencia basados en fuentes renovables. Se trata fundamentalmente el problema de su viabilidad económica, por cuanto es ése uno de los aspectos más discutidos.

Composición del costo de la energía eléctrica

Se ha demostrado que el costo de la producción electricidad puede expresarse como[11][12]:

(1)

costo unitario de producción de energía eléctrica en

factor de operación y mantenimiento (relación entre el costo anual de operación y mantenimiento y el costo anualizado de la inversión).

factor de utilización (relación entre la potencia media anual y la potencia instalada).

factor de amortización en

vida útil en años.

tasa de descuento anual unitaria en (o

costo de la potencia instalada en

valor residual de la potencia instalada al final de su vida útil en

consumo específico medio de combustible en

costo del combustible

unidades monetarias ($, US$, á,¬, ú, Ñ, etc., según el país).

Si el valor residual de la instalación al final de su vida útil es despreciable frente a la inversión inicial, como ocurre muchas veces puesto que las instalaciones energéticas se construyen generalmente para ser usufructuadas durante toda su vida útil, la expresión del costo de producción de la energía se reduce a:

(2)

El costo de generación comprende solamente la central eléctrica, sin tener en cuenta las redes de transmisión y distribución; por esta razón, aquí se ha preferido hacer referencia al costo de producción de la energía, incluyendo en una simple expresión todas las variantes posibles. Es sabido que el costo de la energía depende del punto considerado en el sistema, obviamente, la energía en un transformador muy alejado no tiene el mismo costo que en las barras de salida de la central. Por otra parte, hay plantas cuya ubicación está predeterminada por la situación geográfica del recurso natural y la energía, para ser aprovechada, necesariamente debe transportarse a través de largas distancias con costos adicionales que deben considerarse en la evaluación económica.

El costo de producción, tal como se expresa en este trabajo, puede aplicarse a cualquier parte del sistema, con tal de referir los factores y costos unitarios al punto de referencia. Para calcular el costo de generación estos factores y costos unitarios se cuantifican solamente para la central de generación.

En la última expresión del costo de producción de la energía puede verse que aparece el costo unitario de la potencia instalada afectado por los factores de operación y mantenimiento y de utilización. Por las respectivas definiciones de ambos factores, el valor resultante puede denominarse "costo unitario de la potencia utilizada":

(3)

Esta magnitud puede interpretarse conceptualmente como un indicador económico que considera la inversión inicial, así como los costos de operación y mantenimiento y la intensidad de utilización de la potencia instalada. En virtud de ello, resulta un índice mas apropiado que el costo unitario de la potencia instalada para comparar diferentes opciones energéticas. Por supuesto que, en tales comparaciones, no puede dejar de considerarse la incidencia del combustible, el que puede ser decisivo en muchos casos. Por esa razón, en el tratamiento que se ha dado al problema, se mantuvo en un término separado.

Con la definición precedente puede escribirse:

(4)

Resulta entonces que el costo de producción de la energía eléctrica, para condiciones financieras determinadas por un factor de amortización dado, es una función lineal del costo unitario de la potencia utilizada, cuya ordenada al origen es el costo del combustible consumido por cada kWh producido. Si se trata de fuentes que prescinden de combustible oneroso el último término se anula y, para un valor determinado de fa, el único determinante del costo de la energía es el costo unitario de la potencia utilizada, tal como puede apreciarse en el gráfico de la figura 5.

Es bien conocido que no toda la energía generada puede ser aprovechada, y como diferentes alternativas pueden implicar distintas configuraciones de los sistemas de transmisión y distribución, también es de especial interés el costo de la energía que realmente puede ser utilizada, considerando como tal a aquella que efectivamente llega al usuario.

En esta vía, si es la fracción de la energía producida que realmente puede utilizarse, es decir la eficiencia media de transmisión y distribución, la energía anual utilizable es:

(5)

Al calcular el costo de la energía debe prestarse atención a los componentes considerados en cada caso. Cuando se hace referencia a energía utilizable no solamente deben tenerse en cuenta las pérdidas de transmisión y distribución para aplicar esta última expresión, sino que al cuantificar cpu también deben incluirse los costos de instalación, operación y mantenimiento de las redes.

Las fuentes renovables

Tomando un valor de referencia Cref [U.M./kWh] para el costo de la energía utilizable, el que se establece de acuerdo con las condiciones de cada caso, si se divide miembro a miembro la expresión (5) por dicho valor se tiene:

(6)

Considerando las fuentes que prescinden de combustibles onerosos, tal como la hidráulica, la eólica o la solar, entre otras, de la expresión precedente se deduce que cualquier instalación de ese tipo será un medio capaz de generar energía utilizable a costos menores o iguales que el de referencia si se verifica:

(7)

En la figura 6 se ha representado esta expresión en función de la tasa de descuento r expresada en %/año y para diferentes plazos de amortización n en años. Dadas ciertas condiciones financieras, este gráfico permite estimar el valor del costo unitario de la potencia utilizada, indicado con para el cual el costo de la energía utilizable generada mediante fuentes que no demandan combustibles costosos se hace igual al de referencia. Si, por ejemplo, se toma como referencia el costo de la energía utilizable generada por medios tradicionales, cualquier fuente que prescinda de combustibles onerosos y cuyo costo de la potencia utilizada sea inferior al valor dado por las curvas del gráfico, conducirá a costos de la energía utilizable inferiores al correspondiente a la fuente de referencia.

Con el valor de la relación determinado del gráfico en cuestión, y teniendo presente la definición del costo de la potencia utilizada dado por la expresión (3), puede calcularse el costo de la potencia instalada que dará por resultado energía utilizable con costo menor o igual al de referencia:

(8)

En la figura 7 se ha representado la expresión (8) para la situación límite en la que el costo de la energía utilizable se hace igual al de referencia. Para el factor de operación y mantenimiento, expresado en términos porcentuales respecto del costo anualizado de la inversión, se ha considerado fom = 2.5% ( 20%. Se ha preferido seguir un criterio conservador al considerar un valor máximo realmente elevado para los costos anuales de operación y mantenimiento. Aun así puede notarse en este gráfico que la influencia de fom comparada con la de fu no es fuertemente significativa.

El gráfico de la figura 8 se confeccionó sobre la base de las expresiones (3) y (5) y en él puede apreciarse claramente la acentuada influencia del factor de utilización sobre el costo de la energía utilizable.

Nótese que, una vez definidos el valor de referencia para el costo de la energía y las condiciones financieras, los gráficos de las figuras 6, 7 y 8 permiten una evaluación sencilla y directa de las posibilidades de alcanzar costos de la energía inferiores al de referencia mediante fuentes que no utilizan combustibles onerosos.

Del análisis efectuado se deduce que aun sin utilizar combustibles onerosos, con costos reducidos de la potencia instalada, bajos requerimientos de operación y mantenimiento, así como buenas condiciones financieras, el costo de la energía puede llegar a ser muy elevado si el factor de utilización de las plantas es pequeño.

Debe destacarse que estos resultados indican que las mejores condiciones económicas para la operación de las plantas de baja potencia se dan cuando ellas funcionan en paralelo con grandes redes ya que, en esta modalidad de operación, pueden lograrse los mayores valores posibles para el factor de utilización. Esto demuestra objetivamente que la idea, bastante generalizada, de que las fuentes energéticas renovables de baja potencia son útiles solamente para abastecer a pequeñas comunidades alejadas de los centros electrificados es errónea.

Es evidente que las fuentes renovables pueden facilitar o hacer viable la electrificación de zonas rurales que representan situaciones difíciles de resolver por otros medios, pero el análisis desarrollado pone de manifiesto que también el aprovechamiento racional de los recursos naturales renovables mediante instalaciones de baja potencia operando en paralelo con grandes redes puede implicar ventajas económicas, si ellas son adecuadamente proyectadas.

En los pequeños sistemas aislados el factor de carga tiende a ser reducido porque, la mayoría de las veces, el uso de la energía se destina casi exclusivamente a aplicaciones domésticas, por lo tanto, se hace muy difícil alcanzar costos razonablemente bajos de la energía, independientemente de la fuente que se emplee. Esta situación puede mejorarse implementando, conjuntamente con el abastecimiento de energía, medios para su uso productivo; lo que también puede propiciar mejores condiciones para el desarrollo de la zona si el proyecto se toma como parte de un programa amplio que incluya aspectos socioeconómicos y educativos, por ejemplo.

Además, cuando se proyectan instalaciones de funcionamiento basado en recursos naturales renovables, es común la tendencia a tratar de explotarlos totalmente instalando la mayor potencia posible con el objetivo de reducir su costo unitario; pero si esa potencia no es utilizada anualmente en una fracción importante, la energía es finalmente muy costosa porque hay una porción significativamente improductiva de la inversión. No solamente el potencial de los recursos naturales debe tenerse en cuenta para decidir sobre la magnitud de la potencia a instalar, sino también las características de la carga y su posible evolución y crecimiento futuro. Aun cuando el potencial estimado de un cierto recurso natural lleve a la conclusión de que el mismo es insuficiente para satisfacer la demanda local, esa fuente no debe ser descartada sin un análisis técnico-económico previo. Pueden obtenerse buenos resultados por medio de la co-generación con otras fuentes o con extensiones de grandes redes. Todas las opciones posibles deben considerarse.

Conclusiones

• Se ha presentado una expresión para el costo de la energía eléctrica basado en la definición del costo unitario de la potencia utilizada.

• La aplicación de esta expresión al análisis económico de las fuentes energéticas que no requieren combustibles onerosos ha permitido identificar los factores que más influyen en el costo de la energía generada en este tipo de instalaciones.

• Se ha verificado que lograr buenas condiciones financieras, bajo costo de la potencia instalada, minimizar los requerimientos de operación y mantenimiento y no utilizar combustibles onerosos, no garantizan bajo costo de la energía, si el factor de utilización de la instalación es muy pequeño.

• El análisis realizado demuestra que el paradigma actualmente más generalizado, que supone que las fuentes energéticas renovables son económicamente aptas solamente para atender las necesidades energéticas de zonas a las cuales es muy costoso llegar con los denominados sistemas convencionales, es realmente erróneo.

• Las mejores condiciones económicas para la operación de las plantas de baja potencia se dan cuando ellas funcionan en paralelo con grandes redes ya que, en esta modalidad de operación, pueden lograrse los mayores valores posibles para el factor de utilización.

Referencias

• [1] Energy Systems Programme Group of IIASA. Energy in a Finite World. Vol. 1: Path to a Sustainable Future. Vol. 2: A Global Systems Analysis. Programme leader: Wolf Häfele. Ballinger Publishing Company. Cambridge, Massachusetts, 1981.

• [2] International Institute of Applied Systems Analysis –IIASA–. World Report. Energy Systems Programme Group.1993.

• [3] World Energy Council. Global Energy Scenarios to 2050 and Beyond. Report. Energy Data Centre. 2004.

• [4] International Energy Agency –IEA–. World Energy Outlook 2000. Report. Paris, France, November 2000.

• [5] World Energy Service –DRI–WEFA–. World Outlook 2000. Lexington, MA, January 2001.

• [6] Organización Latinoamericana de Energía –OLADE–. Consumo mundial de energía 2001/World energy consumption 2001. Sistema de Información Económica Energética –SIEE–. Agosto de 2004 en http://www.olade.org.ec.

• [7] Díaz-Balart F. C. Ciencia, Innovación y Futuro. Instituto Cubano del Libro. Ediciones Especiales. La Habana, Cuba, 2001.

• [8] Zaric Zoran. World Energy File. The Unesco Courier, Energy 2000, 34th year, No. 7, July 1981.

• [9] Fernández Martínez V. Gases de Efecto Invernadero. Necesidad de un Inventario. Revista de Cubasolar, No. 6, Cuba, Abril-Junio de 1999.

• [10] Sassin Wolfgang. Profiles of Change. All Paths to a Viable World Energy System Lead Through a Gate Marked "Global Co-operation". The Unesco Courier, Energy 2000, 34th year, No. 7, July 1981.

• [11] Boza Valerino J., Caballero A. L. Evaluación Económica de Proyectos Energéticos Alternativos. IX Simposio Internacional de Ingeniería Eléctrica –SIE"99–. Santa Clara, Cuba, Febrero de 1999.

• [12] Caballero A. L. Generación Asincrónica: su aplicación a las fuentes energéticas renovables. (Capítulo III: Criterios para la evaluación económica de las fuentes energéticas renovables). Tesis de Doctorado. Centro de Investigaciones y Pruebas Electroenergéticas –CIPEL–. La Habana, Cuba, 2000.

Autor:

MSc. Javier Fernández Rey

Centro de Inmunología Molecular

Ciudad Habana, Cuba.