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.