Resumen
La Generación Distribuida (GD) surge como una alternativa importante para la prestación del servicio de energía eléctrica, ya que puede aumentar la confiabilidad y seguridad en el suministro a corto, mediano y largo plazo ! pesar de estas venta"as, el marco regulatorio colombiano no contempla la GD como una actividad valida dentro del sistema interconectado y, por consiguiente, no e#isten políticas para incentivar la inversión en proyectos de generación a peque$a escala %ste artículo describe aspectos técnicos, económicos y propuestas regulatorias relacionadas con la inclusión de la GD en sistemas de potencia eléctrico Luego, estos aspectos son vinculados en un modelo mental ba"o el concepto de teoría de retroalimentación y relaciones causa&efecto propios de la metodología Din'mica de istemas (D) %ste modelo pretende ser el insumo para la creación de un mundo virtual que permita evaluar la pertinencia de varias alternativas regulatorias y poder escoger la que me"or se adapte a las condiciones técnicas, clim'ticas, económicas y a la estructura de mercado usada en el sistema interconectado colombiano Palabras clave economía de escala, generación distribuida, seguridad,
sistemas eléctricos de potencia
Abstract
Distributed Generation (DG) *as emerged as an important alternative to provide electrical energy since it could increase t*e reliability and security of electric po+er supply in t*e s*ort, medium and long term Despite t*ese potential advantages, t*e olombian regulatory frame+or- does not recognize DG as a valid activity +it*in t*e country.s interconnected system and, as suc*, no policy e#ists to encourage investment in small&scale generation pro"ects /*is article first describes t*e tec*nical and financial aspects of DG, and t*en analyses regulatory proposals regarding t*e inclusion of DG in po+er systems outside olombia /*ese aspects are t*en broug*t toget*er in a mental model based on t*e concepts of feedbac- t*eories as +ell as of cause and effect relations*ips0 suc* concepts are part of t*e ystem Dynamics met*odology (D) /*is model is aimed at creating a virtual +orld +*ic* +ould allo+ t*e usefulness of various regulatory alternatives to be evaluated and t*us an appropriate option to be c*osen according to t*e regulation t*at best fits tec*nical, climactic and economic conditions,
and also according to t*e mar-et structure used in t*e olombian interconnected system Key words economics of scale, distributed generation, security,
electrical po+er system
1. Introducción
%n los 1ltimos a$os, el sector eléctrico *a mostrado un interés por la GD debido a diversos factores como avances en las tecnologías de generación a peque$a escala, la liberación del sector eléctrico y una renovada conciencia ecológica 234 La GD es la generación y el almacenamiento de energía eléctrica a peque$a escala, lo m's cercana al centro de carga, con la opción de comprar o vender energía eléctrica con el sistema interconectado o traba"ar aisladamente 254 La importancia de la GD se comenzó a resaltar en los 1ltimos a$os cuando muc*os países liberaron sus mercados eléctricos 254 y comenzaron a incentivar la evolución de nuevas tecnologías de generación 264 7tro de los factores que *a generado un creciente interés en la GD es la contribución al desarrollo sostenible, ya que esta se asocia com1nmente con la producción de energías limpias 264 8or otro lado, la GD puede contribuir a la seguridad energética elevando los niveles de confiabilidad del sistema 294 %l aporte que pueda *acer la GD en este punto depende, en gran parte, de políticas energéticas concebidas para incentivar el uso de energías alternativas a un precio "usto para el usuario Los cambios regulatorios relacionados con la actividad de generación est'n inmersos en incertidumbres debidas, principalmente, a la volatilidad en los precios de los combustibles, cambios clim'ticos y posibles aumentos s1bitos de la demanda 2:4 ;na forma de apoyar las políticas energéticas es a través de estudios que permitan identificar las consecuencias a largo plazo %l presente estudio busca realizar un an'lisis de los diferentes factores, problem'ticas y beneficios que pueden traer el incentivar la instalación de plantas al sistema interconectado de potencia colombiano %ste an'lisis se realizó siguiendo los lineamientos de la metodología Din'mica de istemas (D) con el fin de identificar las variables que deben tenerse en cuenta para *acer un modelo de gestión que permita evaluar qué tipo de propuestas en políticas regulatorias serían apropiadas antes de ser implementadas en el mercado eléctrico colombiano
2. La generación de energía eléctrica en Colombia
La liberalización de los mercados de electricidad se produ"o debido a que los monopolios estatales fueron cuestionados por la alta corrupción, la poca actualización y e#periencia en el mane"o de las actividades del sector eléctrico 2:4 La liberalización permitió la participación privada y se siguió un esquema similar al de los países pioneros en ese desarrollo, en especial el del
4, las cuales definieron el marco regulatorio para establecer los cambios estructurales en todas las actividades que *acen parte de la cadena de suministro de la electricidad Las leyes 395 y 396 de 3==9 permitieron la sana competencia en las actividades de generación y comercialización !dem's, crearon el mercado mayorista de energía eléctrica 2>4 u reglamentación fue desarrollada por la <%G, la cual promulgó las reglamentaciones b'sicas técnicas como el Código de Redes %l ódigo de &5B,9C a >9& 63C 24 La Eigura 3muestra, con mayor detalle, los porcenta"es de capacidad de generación actuales en olombia seg1n la energía primaria utilizada Las plantas menores son las plantas con una capacidad efectiva de generación menor a 5B F y son plantas operadas por empresas generadoras, productores marginales o productores independientes de electricidad y que comercializan esta energía con terceros 2:4 La categoría de generación con plantas menores y la de auto generador son e#cluyentes 2=4
La generación *idroeléctrica se afecta cuando se presentan periodos de sequía prolongados, puesto que el nivel de los embalses disminuyen y se corre el riesgo de que ocurra un desbalance entre demanda y oferta, que pueda afectar el óptimo funcionamiento del ?@ La Eigura 5 muestra cómo los precios de la electricidad se aumentaron en olombia en el a$o 5BB= debido a que el nivel de agua se redu"o en los embalses producto de la presencia del fenómeno clim'tico multianual de sequía conocido como el @i$o
2.1 La GD en Colombia
La GD como actividad no est' definida ni reglamentada por ley en olombia, dado que se pro*íbe a las empresas que *agan parte del ?@ y tener m's de una de las actividades relacionadas con el mismo, con
e#cepción de la comercialización que puede realizarse en forma combinada con generación y distribución 2>4 ! pesar de esto, la !sociación @acional de %mpresarios de olombia (!@D?) cuantifica, con base en una encuesta, que la autoproducción de energía eléctrica en olombia es de AA6 F, de los cuales 93A F corresponden a autogeneración, 639 F a cogeneración y 93 F a respaldo en emergencias 2=4 %l crecimiento en capacidad por plantas menores fue de 356 C y por cogeneración fue de 3B= C en el 5B3B con respecto al a$o 5BB= 24 La actividad de cogeneración est' definida como un proceso de producción combinada de energía eléctrica y energía térmica, que *ace parte integrante de una actividad productiva, destinadas ambas al consumo propio o de terceros y destinadas a procesos industriales o comerciales 2>4 Los cogeneradores sí pueden vender los e#cedentes de energía eléctrica al mercado de energía mayorista, para ello deben registrar ante el !dministrador del istema de ?ntercambios omerciales (!?), una frontera de generación y una frontera de demanda0 ambos registros son separados y con medidoresindependientes que registran generación y consumo 24 Las actividades de cogeneración y autogeneración utilizan generalmente recursos renovables como solar, *idroeléctricos a filo de agua, biomasa, solar y eólico eg1n estudios de la ;8F%, olombia cuenta con un potencial energético solar en promedio multianuales de 9,:-*Hm5, la peque$a generación *idroeléctrica el potencial estimado en potencia es de 5:BBBF y la energía potencial proveniente de biomasa estimada es de 3>5>BF* 23B4 3. Metodología de la inestigación
%l an'lisis acerca de los elementos necesarios para incentivar el uso de la GD en olombia, se realizó utilizando una técnica de investigación llamada Din'mica de istemas (D) La D es una metodología que permite la construcción de modelos mediante un an'lisis cuidadoso de los elementos del sistema 2334 %ste an'lisis permite e#traer la lógica interna del modelo, y con ello intentar un conocimiento de la evolución a largo plazo del sistema 2354 Los estudios realizados con D est'n divididos en dos fases la primera fase tiene como ob"etivo b'sico llegar a comprender las causas estructurales que provocan el comportamiento del sistema 2364 %sto implica aumentar el conocimiento sobre el papel de cada elemento del sistema que *ace parte del problema que se desea tratar de solucionar
Luego, la segunda fase, tiene como ob"etivo proponer varias alternativas de solución y, con ayuda de paquetes computacionales especializados, analizar las bondades de cada propuesta en un entorno de largo plazo 2364 La refe#ión realizada en este artículo fue *ec*a siguiendo todas las actividades de la primera fase Las actividades realizadas en esta fase son identificación del problema, definición del sistema y creación del modelo causal ! continuación se e#plica en qué consistió cada actividad 3.1 Identi!icación del "roblema
La actual preocupación por los problemas a causa de los repetidos cambios clim'ticos 264 y la inestabilidad en los precios de los combustibles fósiles, que afectan la seguridad energética 294, conllevan a la necesidad de *allar soluciones energéticas de desarrollo sostenible que permitan mantener un apropiado margen de reserva para la generación de electricidad La 7rganización para el Desarrollo y ooperación %conómica (7%D), la cual est' compuesta por 6B países entre los que se encuentran Iapón,
La GD trae consigo muc*os beneficios para la seguridad energética, dado que puede utilizar tecnologías de energías renovables (<%/s J 4 ! pesar de todos los beneficios anteriores, es importante tener en cuenta que la instalación de GD sobre la red de distribución posee grandes desafíos técnicos que requieren un estudio detallado de la tecnología y la topología de la red, con el fin de evitar problemas relacionados con calidad de la potencia 23A4, 234, entre los m's comunes, est'n los problemas de armónicos y fi-ers seg1n el tipo de tecnología y el lugar de ubicación donde se pretenda instalar 7tro aspecto relevante es la coordinación de protecciones 23=4 en sistemas interconectados puesto que las protecciones del sistema eléctrico actual fueron dise$adas para una configuración radial y con flu"os unidireccionales0 al instalar GD en la red eléctrica, *ay una pérdida en la coordinación de protecciones, lo que obliga al 7perador de
La e#pansión de generación eléctrica a nivel mundial muestra una tendencia a la b1squeda de proyectos que tengan en cuenta la reducción de emisiones de dió#ido de carbono (B5), ya que el 75 representa el >Cdel total de partículas aceleradoras del cambio clim'tico 264 La 7rganización Feteorológica Fundial (7FF), la agencia meteorológica de la 7@;, indica que el dió#ido de carbono, el metano y el ó#ido nítrico son a*ora m's prevalentes en la atmósfera que en ninguna otra época desde la revolución industrial %l reporte de la 7FF mide la cantidad total de gases de efecto invernadero en la atmósfera con base en estaciones de monitoreo en m's de :B países %so significa que incluye las emisiones naturales y los procesos de absorción, al igual que las emisiones causadas por la actividad *umana %l dió#ido de carbono, responsable del BC del efecto de calentamiento global en las 1ltimas dos décadas, subió r'pidamente con el uso de combustibles fósiles 2534 Las principales fuentes de 75 son la quema de combustibles fósiles y la deforestación La Eigura 6 muestra datos entregados por ?berdrola, una de las cinco principales compa$ías eléctricas del mundo en el 5B3B 2534, donde se puede observar que la principal actividad que contribuye con la emisión de 75 en este país es la producción de electricidad a través de la quema de combustibles fósiles como el carbón y derivados del petróleo
3.1.3 Generación distribuida y necesidad de políticas reulatorias
Las limitaciones detectadas en el desarrollo de la GD aparecen ligadas a factores económicos, ya que las plantas distribuidas son plantas con una capacidad de generación que no superan los 5B F, por lo tanto, si no e#isten incentivos por parte del regulador, es muy difícil que puedan competir con las plantas convencionales donde el costo marginal es muy ba"o, característica de las economías con alta rentabilidad debido, entre otras características, a su gran tama$o 294 La Eigura 9 muestra los costos promedios de inversión necesarios para generar seg1n el tipo de energía primaria utilizada, en esta gr'fica se puede observar que, en la actualidad, generar energía con paneles solares tienen un precio mayor al 6BBC comparado con generar con las grandes centrales térmicas o *idroeléctricas in embargo, las e#periencias internacionales muestran que las tecnologías limpias, cuando se implementan, son muy costosas por que la eficiencia en la producción es limitada, por eso necesitan para aumentar la producción, políticas p1blicas que inviertan en ?nvestigación y Desarrollo (??D), con el fin de aumentar la producción usando energías limpias y este aumento en la producción *ace que se aprenda m's de la tecnología 264 por lo que los costos de inversión que se proyectan para el 5B6B tienen una reducción de *asta :BBC (Eigura 9)
Los países con mayor é#ito en el crecimiento del uso de recursos renovables para la generación de electricidad lo *an logrado gracias a la implementación de políticas energéticas que incentivan la generación con recursos renovables 294 %n la actualidad, e#isten dos formas principales en los países europeos de motivar la utilización de recursos renovables para la generación de energía eléctrica el primero es conocido como KEeed in tariffK o por sus siglas en inglés como <%E?/ (
!unque tiene tarifas diferenciales para cada energía alternativa, los generadores de energía renovable *an manifestado su inconformismo con este valor, debido a que*an demostrado que esta prima no refle"a el costo real de administración, operación y mantenimiento de todas las variedades de energías renovables, seg1n los generadores, esto se debe a la falta de actualización de los costos de funcionamiento de nuevas tecnologías que no incluyen la energía eólica 2554 %l sistema de certificados verdes tiene como fortaleza el incentivo a la inversión en <%/.s, dado que los generadores de energía renovable disponen de dos ingresos la venta de los certificados verdes y la venta de los -* !dem's, los generadores de energía renovable pueden vender su energía en el mercado de corto plazo 2594 Las debilidades principales est'n relacionadas con el precio el certificado verde ya e#iste un solo tipo de certificado verde para todas las variedades de generación renovable, por lo que se presentan problemas para el desarrollo de las tecnologías menos maduras donde los costos de inversión inicial suelen ser m's altos !dem's, debido a que e#isten dos tipos diferentes de ingresos para los generadores de energía renovable, los procesos de liquidación son m's comple"os, por lo que se incrementan los costos de transacción 2594 3.2 De!inición del sistema
;n sistema es un con"unto de elementos relacionados entre sí, de forma tal que, un cambio en un elemento afecta al con"unto de todos ellos 2594 %l sistema debe contener el menor n1mero de variables posibles, relacionadas con el problema a resolver Los límites claros en un sistema usando D son fundamentales para que la respuesta del modelo tenga mayor validez 2334 %s importante tener en cuenta que la GD en olombia se desarrolla dentro de un mercado desregulado en el que fuct1an e#igencias técnicas, fenómenos clim'ticos e intereses económicos %stos factores crean comple"idad para evaluar las características óptimas de cualquier reforma regulatoria Los sistemas realizados ba"o D son el insumo para crear laboratorios virtuales para evaluar las consecuencias de implementar ciertas políticas regulatorias antes de ser implementadas en un sistema real 25:4 Los distintos elementos o variables que intervienen en el sistema pueden clasificarse en e#ógenas y endógenas 2334 Las variables e#ógenas sirven para describir aquellos efectos sobre el sistema que son
susceptibles de ser modificados desde el e#terior del mismo
La separación entre las variables que *acen parte del sistema permite mostrar cu'les van *acer las entradas del modelo (e#ógenas) y cu'les las salidas del mismo (endógenas) %l principal ob"etivo del modelo es encontrar, ba"o diferentes escenarios, los posibles incentivos e#itosos que *agan parte de políticas regulatorias claras !dem's, las políticas regulatorias en un sistema desregulado deben buscar el equilibrio entre un precio "usto para el inversionista en GD y para el usuario, que ve aumentar su confiabilidad y que *ace parte de la demanda atendida La siguiente sección muestra las relaciones causales que dan forma al modelo mental final 3.3 Creación del modelo causal
%n esta fase se identifican las relaciones de causalidad que e#isten entre las variables que forman el sistema 2334 La idea consiste en ilustrar, a través de esquemas causa&efecto, los cambios ocasionados en una
variable como efecto de las variaciones producidas en otras variables Eísicamente, un diagrama de infuencias es un bosque"o esquem'tico donde los nombres de los distintos elementos est'n unidos por fec*as 2354, las cuales tienen un sentido que indica el tipo de relación, la cual puede ser positiva si las variaciones de los elementos son del mismo sentido y negativa si las variaciones son en sentido contrario %l problema planteado tiene diversas variables que son tanto cualitativas (impacto ambiental, políticas regulatorias, seguridad energética) como cuantitativas (precio de la electricidad, incentivos monetarios, demanda atendida) y, adem's, se tienen diversos bucles de retroalimentación debido a que las variables del sistema no son independientes0 se puede concluir que el problema tiene las características para ser resuelto a través de la metodología de D %l diagrama causal de este estudio est' compuesto por cinco bucles principales de realimentación, de los cuales tres son bucles de refuerzo positivo y dos de balance o negativo La Eigura : muestra el diagrama causal
La /abla 5 muestra la disección conceptual de cada una de las partes que conforma el modelo causal de la Eigura :
#. Conclusiones
La actual preocupación debido al cambio clim'tico, el calentamiento global y la emisión de 75 ocasionados por la generación de electricidad, conllevan a buscar alternativas que permitan que se genere electricidad con un mínimo impacto ambiental y con unas emisiones de 75 ba"as La generación de electricidad en olombia *a disminuido la dependencia a grandes proyectos *idroeléctricos, situación positiva, dado que en periodos de sequía, los precios de la electricidad se aumentan considerablemente in embargo, se *a aumentado la generación con combustibles fósiles, situación negativa porque este tipo de generación, adem's de afectarse por la volatilidad en los precios de combustible, presenta altos niveles de contaminación ambiental La GD aparece como una opción viable para generar energía eléctrica utilizando recursos renovables de forma eficiente, confiable y de calidad La GD presenta tendencias mundiales para la vinculación al sistema de distribución, en %uropa se *a mostrado un gran crecimiento en los 1ltimos a$os gracias a políticas de regulación e incentivos estatales
La regulación colombiana no contempla la GD como una actividad presente en la cadena de suministro, debido a que el ódigo de
%ste traba"o fue realizado en el semillero adscrito al grupo de investigación G<%D y 8 de la ;niversidad @acional de olombia, sede Fanizales, llamado KFodelo causal o mental de un mercado de energía eléctrica ba"o escenarios técnicos, económicos y regulatoriosK Los autores agradecen a cada uno de los integrantes del semillero y a la Dirección de ?nvestigación de Fanizales (D?F!) por su colaboración y respaldo en este proceso
Re!erencias
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