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CAP. 7: LOS INSTRUMENTOS DE
PLANIFICACIÓN ENERGÉTICA
PRESENTACIÓN DEL MANUAL DE PLANIFICACIÓN ENERGÉTICA
Autores: R. SCHAEFFER, A. SZKLO, A. LUCENA, R. SORIA, E.
GONZÁLEZ, R. RATHMANN, M. CHÁVEZ
Programa de Planificación Energética/COPPE/UFRJ
27 Marzo, 2014
Quito, ECUADOR
Expositor: RAFAEL SORIA
Los Instrumentos de Planificación Energética
1. Introducción: Papel y clasificación de los intrumentos
2. Descripción de algunos instrumentos – Estructura y variables de entrada
– Escenarios, simulación y resultados
– Recomendaciones para el uso en la planificación energética en AL&C
3. Ejemplos de uso
4. Criterios para la selección de modelos
5. Consideraciones y limitaciones
6. Bibliografía
Índice
Los Instrumentos de Planificación Energética
1. Introducción: Papel y clasificación de los intrumentos
2. Descripción de algunos instrumentos – Estructura y variables de entrada
– Escenarios, simulación y resultados
– Recomendaciones para el uso en la planificación energética en AL&C
3. Ejemplos de uso
4. Criterios para la selección de modelos
5. Consideraciones y limitaciones
6. Bibliografía
Índice
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Apoyo al proceso de toma de decisiones
• Herramienta para representar organizadamente una realidad compleja
• No existe un “modelo prodigioso”.
• Trade-off: sofisticación y complejidad vs. transparencia, flexibilidad y consistencia.
• Proceso de selección:
– ¿Qué requiere? ¿Qué necesita?
– ¿Pronosticar la oferta y demanda de energía?
– ¿Energía final o servicio energético?
– ¿Largo, mediano o corto plazo? ¿Horizonte simple o múltiple?
– ¿Solo para mejorar el conocimiento?
– ¿Para probar políticas energéticas, industriales o ambientales?
– ¿Para analizar las interacciones entre energía, economía, sociedad y medio
ambiente?
– ¿Para construir escenarios del tipo “What if”?
1. Papel y clasificación de los instrumentos de
planificación energética
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Apoyo al proceso de toma de decisiones
• Herramienta para representar organizadamente una realidad compleja
• No existe un “modelo prodigioso”.
• Trade-off: sofisticación y complejidad vs. transparencia, flexibilidad y consistencia.
• Proceso de selección:
– ¿Qué requiere? ¿Qué necesita?
– ¿Pronosticar la oferta y demanda de energía?
– ¿Energía final o servicio energético?
– ¿Largo, mediano o corto plazo? ¿Horizonte simple o múltiple?
– ¿Solo para mejorar el conocimiento?
– ¿Para probar políticas energéticas, industriales o ambientales?
– ¿Para analizar las interacciones entre energía, economía, sociedad y medio
ambiente?
– ¿Para construir escenarios del tipo “What if”?
1. Papel y clasificación de los instrumentos de
planificación energética
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Ser de fácil ejecución, menos tiempo para preparación de la información de
entrada y la elaboración de los escenarios.
• Tener número limitado de variables exógenas.
• Garantizar la compatibilización interna, es decir, la coherencia de las
hipótesis técnico-económicas.
• Permitir el análisis de políticas energéticas y ambientales que afectan los
precios de los energéticos.
• Evaluar los impactos sobre el sector energético del comportamiento del
consumidor, de políticas específicas, de progreso técnico y de sustitución
tecnológica y de factores de producción.
• Lidar con la relación tiempo y espacio; y, tratar el tema de riesgo e
incertidumbre
Criterios para elegir el instrumento.
Este debe:
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Formulación de políticas públicas.
• Medición de indicadores de eficiencia productiva y de calidad de servicios
• Análisis consistente de las interacciones entre las cadenas del sector energético
y entre este sector y otros de la economía.
• Análisis de escenarios de largo plazo, a partir de simulaciones de árboles de
decisiones probables y de pruebas del tipo “What if” (“¿qué pasaría sí?).
• Capacitación del propio acto de planificación (papel didáctico de los modelos).
Usos de los modelos de planificación energética
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Optimización – Programación linear entera mixta
– Asignación óptima de los recursos energéticos
– Sujeto a restricciones
• Simulación – Evaluaciones paramétricas y/o econométricas
– Asignación de recursos energéticos no necesariamente óptima
– Se determina comportamiento de consumidores y productores sujeto a
variación de precios, renta, progreso tecnológico, etc.
– Abordaje iterativo para determinar equilibrio de mercado
• Modelos híbridos – Asumen variables macroeconómicas exógenas como endógenas
– Incorporan alteraciones económicas y energéticas en una estructura
consistente
Técnicas usadas:
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Equilibrio general – Sector energético es modelado simultáneamente con otros sectores
económicos
– Explica comportamiento de oferta, demanda y precios en la economía
entera.
• Equilibrio parcial – Asociados apenas al sector energético, incluso solamente a
subsectores/segmentos.
– Explica comportamiento de oferta, demanda y precios en parte de una
economía
• No equilibrio – Modela solo oferta o demanda.
Equilibrio
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Herramienta sectorial – Modela apenas subsectores/segmentos del sector energía, por ejemplo,
eléctrico, refinería, etc.
– Evolución de la demanda y oferta de energía en un escenario.
– Desagregación de la demanda por nível energético, usos, sectores, factores
(socio económicos, económicos, tecnológicos) y efectos (estructura,
actividad e intensidad)
• Herramienta integrada – Modela al sector energético completo, inclusive puede vincularse con
algunos otros sectores (ej.agricultura, etc.).
– Usa herramientas top-down y bottom-up
Sectorial o integrado?
Los Instrumentos de Planificación Energética
Circularidad/complementariedad de modelos sectoriales
con un modelo integrado
Los Instrumentos de Planificación Energética
Circularidad/complementariedad de modelos sectoriales
con un modelo integrado
SO
LAR
EN
ER
GY
(C
SP
, P
V)
BR
AZ
ILIA
N E
NE
RG
Y S
YS
TE
M M
OD
EL
SAM
Weather data infomation
Technological parameters (solar field,
collectors, receivers, power cycle, heat storage system)
Economical data (direct and indirect capital cost, fixed and variable O&M
cost)
Financing and incentives
INPUTS
Net annual energy and energy generation
seasonality
Capacity Factor
Conversion efficiency
OUTPUTS
MESSAGE
Technical parameters (capacity factor, energy generation seasonality,
specific fuel consumption)
Economical parameters (investment cost, fixed and variable O&M cost,
fuel cost)
INPUTS FROM SOLAR (CSP, PV)
LCOE
OUTPUTS
Ideal structure of energy supply
SOLAR ENERGY INPUTS
General constraints for brazilian energy
system
Total land area, annual water usage,
others.
INPUTS FROM OTHER ENERGY CHAINS
Technical parameters
Economical parameters
Constraints (total and installable potential by
time period)
Specific constraints
ENERGY DEMAND
Fuente: Malagueta et al (2014)
Los Instrumentos de Planificación Energética
• Horizonte – Corto plazo: 1 año
– Medio plazo: 5 años
– Largo plazo: más de 5 años. (2035, 2050, 2100)
• Cobertura – Proyecto puntual/ nivel local
– Estado (BR)/Provincia (EC)/Departamento (COL), Municipio
– Nacional
– Regional: AL&C
– Global
Tiempo y espacio
Los Instrumentos de Planificación Energética
1. Introducción: Papel y clasificación de los intrumentos
2. Descripción de algunos instrumentos – Estructura y variables de entrada
– Escenarios, simulación y resultados
– Recomendaciones para el uso en la planificación energética en AL&C
3. Ejemplos de uso
4. Criterios para la selección de modelos
5. Consideraciones y limitaciones
6. Bibliografía
Índice
Los Instrumentos de Planificación Energética
1. RETSCreen
2. SAM: System Advisor Model
3. HOMER
4. WASP: Wien Automatic System Planning
5. EEPPS: Economic and Environmental Power Planning
Software
6. LEAP: Long Range Energy Alternatives Planning System
7. MESSAGE: Model for Energy Supply Strategy Alternatives
and their General Environmental Impact
8. ENPEP: Energy and Power Evaluation Program
9. SUPER OLADE
Cuáles son los modelos analizados?
Los Instrumentos de Planificación Energética
Simulación, paramétrico, equilibrio parcial, bottom-up, proyecto
puntual, medio plazo.
1. RETSCreen
Los Instrumentos de Planificación Energética
Simulación y optimización, paramétrico, equilibrio parcial,
bottom-up, proyecto puntual, medio plazo.
2. SAM
Los Instrumentos de Planificación Energética
Simulación y optimización, paramétrico, equilibrio parcial,
bottom-up, proyecto puntual, medio plazo.
3. HOMER
Los Instrumentos de Planificación Energética
Optimización, equilibrio parcial, bottom-up, subsistema
eléctrico, medio plazo. Estimación probabilística de costos.
4. WASP
Los Instrumentos de Planificación Energética
Optimización intertemporal, equilibrio parcial, bottom-up,
subsistema eléctrico, medio plazo. Minimiza costos del
sistema (G,T,D, uso final, emisiones). Demanda exógena.
5. EEPPS (Battelle)
Los Instrumentos de Planificación Energética
Simulación (y optimización para sector eléctrico), equilibrio
parcial (demand driven), bottom-up, modelo integrado, largo
plazo. Desagrega demanda.
6. LEAP
Los Instrumentos de Planificación Energética
Modelo integrado, optimización (perfect foresight), equilibrio
parcial, demand driven, demanda exógena, bottom-up y top
down, largo plazo (2035,2050,2100), nacional, regional, global.
7. MESSAGE
Los Instrumentos de Planificación Energética
7. MESSAGE Resources
coal_pp
gas_pp_ccs
cru
de_
po
st_
salt
cru
de_
sub
_sa
lt
imports
mid_oil_pp
heavy_oil_pp
nuclear_pp
wind_disp
gas_pp
gasoline_vehicles
flex_vehicles
hydrolysis
coal
nat
ura
l_ga
s
cru
de_
oil
nat
ura
l_ga
s
ligh
t_o
il_p
rod
coal
oil_extraction
Secondary
elec
tric
ity
met
han
ol
Primary
bio
mas
s
suga
rcan
e
oils
eed
s
eth
ano
l
oilseeds_prod
gas_ extraction
bio
die
sel
bag
asse
nat
ura
l_ga
s
LPG
refining_groups
char
coal
mid
_o
il_p
rod
hea
vy_
oil_
pro
d
coal_ extraction
gas_processing
exports
wind_surplus
hydro_pp
RSU_pp
th_ind
solar_th_hhss
th_hhss
other_vehicles
bagasse_pp
coal_pp_ccs
biodiesel_prod
GTL
diesel_etoh_prod
sugar_prod
eletric_vehicles
diesel_vehicles
BTL
charcoal_prod
ethanol_prod
c
ethanol_vehicles
biomass_prod
sugarcane_prod
methanol_prod
Final
pas
s_tr
ansp
suga
r
NG_vehicles
ther
mal
_h
hss
ther
mal
_in
d
mo
torf
uel
_o
ther
frei
ght_
tran
sp
Notas: NG – Natural gas; Prod – Production; BTL – Biomass to Liquids; GTL – Gas to Liquids; UTE – Thermoelectric power plant; UHE – Hydroelectric power plant; RSU – Uran solid waste; Derv – Derivados.
Fuente: Nogueira et al., 2013.
Los Instrumentos de Planificación Energética
8. ENPEP - BALANCE
Modelo de simulación, econométrica, top –down, equilibrio
general, modelo integrado, programación no linear.
– Equilibrio se da al encontrar un conjunto
de precios que equilibra el mercado y las
cantidades que satisfazen todas las equaciones
e inequaciones planteadas.
- Iteración de Jacobi: solución dentro del margen
definido
Los Instrumentos de Planificación Energética
9. SUPER OLADE
Modelo de optimización, bottom-up, equilibrio parcial, modelo
sectorial, programación dinámica dual estocástica, mediano y
largo plazo.
- Evaluación de la expansión de la
generación y transmisión eléctrica. - Política operativa óptima en función de
modelos estocásticos de caudales. Operación óptima sistemas hidrotérmicos.
- Se resuleve separando en dos problemas: inversión y operación óptima (custos variáveis).
- Calcula costos totales de inversión y operación, costos marginales operativos, beneficios marginales de generación térmica, intercambio de energía entre regiones interconectadas
Plan de Expansión Óptima del Sistema
Los Instrumentos de Planificación Energética
1. Introducción: Papel y clasificación de los intrumentos
2. Descripción de algunos instrumentos – Estructura y variables de entrada
– Escenarios, simulación y resultados
– Recomendaciones para el uso en la planificación energética en AL&C
3. Ejemplos de uso
4. Criterios para la selección de modelos
5. Consideraciones y limitaciones
6. Bibliografía
Índice
Los Instrumentos de Planificación Energética
LEAP:
Ejemplos:
Perú, 2010 México, 2012 Colombia, 2011 Chile, 2010
Ecuador, Paraguay, El Salvador, Uruguay, Brasil, Argentina, etc.
Los Instrumentos de Planificación Energética
1. Introducción: Papel y clasificación de los intrumentos
2. Descripción de algunos instrumentos – Estructura y variables de entrada
– Escenarios, simulación y resultados
– Recomendaciones para el uso en la planificación energética en AL&C
3. Ejemplos de uso
4. Criterios para la selección de modelos
5. Consideraciones y limitaciones
6. Bibliografía
Índice
Los Instrumentos de Planificación Energética
Datos requeridos para cada tipo de modelo:
ESCALA GEOGRÁFICA
ESCALA TEMPORAL
PROCEDIMENTO COMPUTACIONAL
EQUILIBRIO
PRINCIPALES DATOS
NACIONAL
LOCAL / PROYECTO PUNTUAL
· Balance energético nacional· Datos agregados para nivel de país o región· Censos nacionales
· Datos desagregados a nivel local (costos, parámetros de operación, disponibilidad recursos, etc)
· Datos climatológicos
LARGO PLAZO
CORTO PLAZO
· Proyecciones para las diferentes variables (demanda, PIB, etc)
· Escenarios (costos, tecnología, políticas, etc.)
· Información actualizada de costos, parámetros tecnológicos, financiamiento, tarifas, etc.
· Demanda inmediata (curva de carga)· Portafolio de grandes proyectos a entrar en
operación
OPTIMIZACIÓN
SIMULACIÓN
· Información detallada de costos, parámetros tecnológicos
· Restricciones de potencial técnico y/o potencial económico.
· Restricciones de operación (nivel mínimo en reservatorios, plantas hidráulicas en serie, etc.)
· Restricciones ambientales, sociales, etc.
· Escenarios (políticos, financieros, económicos, tecnológicos, etc)
· Balance de energía útil para escenarios de eficiencia energética
GENERAL
PARCIAL (sectorial o subsectorial)
SIN EQUILIBRIO
· Matriz Insumo- Producto para el nivel geográfico de análisis (nacional, regional)
· Demanda de energía exógena para equilibrar modelos de oferta
· Oferta de energía exógena para equilibrar modelos de demanda
· Datos desagregados para sector y/o subsectores
· Nada específico
TIPOS DE MODELOS
MO
DEL
OS
D
E
PLA
NIF
ICA
CIÓ
N
EN
ERG
ÉTIC
A
GLOBAL· Series históricas de diversos parámetros socio-
económicos y tecnológicos por región o país.· Balances energéticos nacionales
Los Instrumentos de Planificación Energética
Árbol de decisión:
ESCALA GEOGRÁFICA
ESCALA TEMPORAL
PROCEDIMENTO COMPUTACIONAL
EQUILIBRIO EJEMPLOS DE MODELOS
NACIONAL
LARGO PLAZO
CORTO PLAZO
OPTIMIZACIÓN
OPTIMIZACIÓN
PARCIAL SUBSECTORIAL
PARCIAL SUBSECTORIAL
EEPPS, DECOMP, SDDP
PARCIAL SECTORIAL
MESSAGE*, PLANEL, MARKAL
OPTGEN, SDDP, SUPER OLADE, LEAP*, EEPPS, WASP, NEWAVE*, DigSilent, NEPLAN, NETPLAN/OPTNET, M-REF,
GEMME
GENERAL
SIMULACIÓN
SIN EQUILIBRIO
LEAP*, WASP, SUPER OLADE, MOPERD, NEPLAN, Dig Silent
GENERAL
PARCIAL SUBSECTORIAL
MoMo, MAED
GLOBAL LARGO PLAZO SIMULACIÓN GENERAL GCAM, IMACLIM
ENPEP*, IMACLIM
NEREUS
HOMERPARCIAL
SUBSECTORIAL
LOCAL/PROYECTO PUNTUAL
CORTO PLAZO
OPTIMIZACIÓN
SIMULACIÓN
RETSCREEN*SIN EQUILIBRIO
LARGO PLAZO
PARCIAL SUBSECTORIAL
FINPLAN, RETSCREEN*
SIMULACIÓN SIN EQUILIBRIO HOMER
PARCIAL SECTORIAL
LEAP*
MO
DEL
OS
D
E
PLA
NIF
ICA
CIÓ
N
EN
ERG
ÉTIC
A
OPTIMIZACIÓNPARCIAL
SUBSECTORIALHOMER, SAM*
Nota: * : El camino seguido para llegar a la selección de estos modelos será detallado a continuación:
Los Instrumentos de Planificación Energética
1. Introducción: Papel y clasificación de los intrumentos
2. Descripción de algunos instrumentos – Estructura y variables de entrada
– Escenarios, simulación y resultados
– Recomendaciones para el uso en la planificación energética en AL&C
3. Ejemplos de uso
4. Criterios para la selección de modelos
5. Consideraciones y limitaciones
6. Bibliografía
Índice
Instrumentos de Planificación Energética
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Contacto:
Rafael Soria P.
Rafael.soria.energia@gmail.com