Pontificia Universidad Catolica de ChileEscuela de IngenierıaDepartamento de Ingenierıa ElectricaIEE3372 – Mercados Electricos

Entrega FinalModelo de negocios ERNC -

Transmision

Profesor : Hugh RudnickAyudantes : Victor Julio Martinez

Heinz MullerIntegrantes : Daniel Serdio

Vicente VillalonFecha : 27 de mayo de 2011

Indice

1. Introduccion 3

2. Contextualizacion 32.1. Definicion del Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2. Transelec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3. Problematica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3. Lıneas de Transmision 83.1. Definicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2. Costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.3. Proyectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3.1. Constanera-Maitencillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3.2. Maitencillo-Pan de Azucar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3.3. Pan de Azucar-Polpaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3.4. Charrua-Ancoa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3.5. Ciruelos-Pichirropulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.3.6. Cardones-Diego de Almagro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.4. Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4. ERNC 134.1. Normativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.2. Proyectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5. Modelo de Negocios Transmision + ERNC 165.1. Modelos de Negocios Existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.2. Definicion de Propuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.3. Clusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.3.1. Coquimbo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.3.2. Calama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225.3.3. Chiloe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.3.4. Arauco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.3.5. Chanaral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.4. Battery Energy Storage System (BESS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.5. Desarrollos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

6. Conclusiones 34

Referencias 36

1

7. Anexo: Aspectos Tecnicos Lıneas de Transmision 377.1. Parametros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.1.1. Resistencia Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.1.2. Reactancia Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.1.3. Capacitancia Shunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417.1.4. Conductancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

7.2. Potencias y Perdidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437.2.1. Potencia Caracterıstica de una Lınea . . . . . . . . . . . . . . . 437.2.2. Perdidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437.2.3. Perdidas por dispersion sobre las cadenas de aisladores . . . . . 447.2.4. Disipacion de Calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2

1. Introduccion

El trabajo de investigacion del curso tiene como finalidad poder abordar un pro-blema real del area de mercados electricos, aterrizando los conceptos estudiados en laclase y llevando a cabo una investigacion. Nuestro tema de investigacion corresponde alestudio de un modelo de negocios para las lıneas de transmision en relacion a las ERNC.La propuesta vino dada por parte de la empresa Transelec representada por AlfredoCardenas, quien nos acompanara en la investigacion y nos ayudara con la informacionbibliografica.

El presente informe presenta los resultados finales del estudio realizado, exponiendoun modelo de negocios para las lıneas de transmision en relacion con los proyectosde ERNC. En primer lugar, se realiza un contextualizacion, en cuanto a la definiciondel proyecto, la empresa relacionada a este y la problematica actual. Posteriormente, seprosigue a describir el modelo de negocios, analizando una serie de propuestas coherentesentre sı. A modo de complemento, en el anexo se detallan aspectos tecnicos relacionadosa las lıneas de transmision.

2. Contextualizacion

2.1. Definicion del Proyecto

Las modificaciones a la Ley General de Servicios Electricos han generado condicionesfavorables para la introduccion masiva de proyectos de generacion de energıa electrica,sobre la base de fuentes renovables, en los sistemas interconectados del paıs. Junto conesto, la promulgacion de la Ley Nº 20.257 que establece que a partir de 2010, los nuevoscontratos de suministro deben asegurar un 5 % de energıa proveniente de ERNC. Esteporcentaje debera aumentar en un 0,5 % anual a partir de 2015 para llegar a un 10 %en 2024.

En la actualidad son muchos los proyectos de generacion con Energıas RenovablesNo Convencionales (ERNC) que se proponen a accionistas y a la autoridad los cualesestan siendo sometidos a tramites de evaluacion de impacto ambiental para su materia-lizacion y aporte en la matriz energetica del paıs. Este tipo de proyectos tiene un fuerteimpacto en el uso de las lıneas de transmision, y al mismo tiempo, el costo de las lıneasde transmision muchas veces hace infectables proyectos de este tipo. Se ha visto comotendencia agrupar proyectos de ERNC y que se les construyan lıneas de transmisiondedicadas, muchas de ellas con subsidios de gobiernos.

Actualmente el gobierno, a traves de Corfo, otorga instrumentos de financiamientoa las ERNC. Uno de los instrumentos que se espera se inaugure prontamente va enfo-cados en el apoyo a la solucion de transmision que se necesita para inyectar la energıaproducida en el Sistema Interconectado Central.

3

2.2. Transelec

Debido a que el trabajo de investigacion se realiza bajo el alero y en relacion a laempresa Transelec, resulta necesario comprender en mayor detalle a la empresa.

Con sus 8.239 kilometros de lıneas de transmision y 50 subestaciones, Transelec esla empresa lıder en transmision electrica del paıs. La empresa transporta la energıaelectrica que ilumina al 98 % de la poblacion del paıs, a traves sus lıneas de transmi-sion que se extienden por 3.168 kilometros, y que recorren Chile de norte a sur. Lasinstalaciones de la empresa estan principalmente en los niveles de tension mas altos:500kV, 220kV y 154kV. La Empresa cuenta ademas con 10.486 MVA en capacidad detransformacion.

Las instalaciones de transmision en las que opera la empresa se clasifican en trescategorıas, explicadas a continuacion:

Troncal: representa al conjunto de lıneas y subestaciones economicamente nece-sarias y eficientes, que permiten abastecer la demanda bajo distintos escenariosde disponibilidad de generacion

Subtransmision: estan constituidos por instalaciones interconectadas al sistemaelectrico, dispuestas para el abastecimiento exclusivo de grupo de consumidoresfinales libres o regulados, ubicados en zonas de concesion de empresas distribui-doras.

Lıneas Adicionales: corresponden a las lıneas y equipos de transmision destinadosal suministro de energıa electrica a clientes no regulados, o utilizadas para evacuarla produccion de una central o un grupo reducido de centrales generadoras.

2.3. Problematica

El primer factor relevante a tener en cuenta para el trabajo de investigacion, es lacreciente construccion en inversion en centrales de generacion de energıas renovables noconvencionales (ERNC). Tal y como lo ilustran las figuras 1 y 2 en la actualidad existencientos de proyectos de ERNC, impulsados por la nueva normativa. Esto representa parala empresa una significativa oportunidad, pero que hasta el momento no ha sabido comoafrontar. Esto se traduce en un costo economico no menor, ya que se esta dejando deganar al no tener una postura clara frente a estas tecnologıas.

4

Figura 1: Proyectos de Generacion ERNC

Figura 2: Ubicacion de proyectos de ERNC

El tema de la transmision no es en absoluto un tema menor a la hora de evaluar unproyecto de generacion. Al hablar de proyectos de generacion electrica, resulta impor-tante considerar dos aspectos desde el punto de vista de las lıneas de transmision: (1)Concesiones de Servidumbre y (2) costos de inversion.

Distinto de como uno se pudiera imaginar, el tema de la transmision puede tardar,por lo general, mas que la construccion misma de la central. Lo anterior es relativamenteindependiente de las condiciones de la lınea de transmision, sino mas bien tiene que ver

5

con las concesiones de servidumbre necesarias para conectar a la central con la red detransmision troncal, tal y como se muestra en la figura 3.

Figura 3: Cronograma de expansion troncal

Por otra parte, es frecuente que proyectos de generacion de ERNC no consideren loscostos de inversion de la lınea de transmision (que pueden llegar a ser significativamentealtos) en la inversion del generador, descubriendo, en oportunidades tardıamente, queel proyecto no es viable. Las conexiones necesarias para las ERNC recaen en la mayorıade los casos dentro de la categorıa de “Lıneas Adicionales”. Debido a distintos factorestecnicos, las conexiones que se llevan a cabo para este tipo de generacion no hacenfactible el tipo de conexion del “punto mas cercano”, ya que existen desbalances en losflujos de las lıneas y problemas de coordinacion de las protecciones. Para los casos deERNC generalmente resulta mas beneficiosa una solucion conjunta, mediante un “poolde proyectos”para los distintos generadores, tal y como se muestra en la figura 4. Deesta forma se logran economıas de escala, flujos balanceados en las lıneas y se mejorala seguridad de servicio del sistema.

6

Figura 4: Tipos de conexiones

En la actualidad existe una serie de dificultades para afrontar la construccion delıneas de transmision para generadores de ERNC. En primer lugar, las curvas de cargaque presentan las ERNC son bastante distintas a las de los otros tipos de generacion,ya que presentan una alta variabilidad, grandes requerimientos de potencia y costosmarginales muy bajos. Para ejemplificar esto, tomamos el caso de la generacion deenergıa eolica (que con sus 2.000 MW potenciales, podrıa llegar a representar un 20 %de la generacion instalada en el SIC). Como vemos, los datos historicos que se muestranen la figuras 5 en relacion a la central Canela, revelan la variabilidad del sistema en laproduccion, tanto dıa a dıa, como hora a hora.

Figura 5: Generacion eolica

Esta falta de produccion se traduce en tener que aumentar las reservas del sistemaelectrico. Esto tambien trae como consecuencias congestiones en el sistema de transmi-sion, ya que los aumentos de generacion eolica durante el dıa, sumado a la generacionexistente, pueden producir congestiones en el sistema de transmision, tal como lo ilustra

7

la figura 6. Estas congestiones en la transmision llevan a desaprovechar la energıa a bajocosto para el sistema, lo que pone sobre la mesa una serie de preguntas respecto a comose maneja este tipo de generacion. ¿Se debe aumentar la capacidad instalada en laslıneas de las plantas de ERNC, o quizas sea mas rentable no incurrir en los costos queesto significa y simplemente no aprovechar toda la energıa que se pueda producir poralgunos periodos peaks? ¿Sera conveniente esperar a que distintas plantas se coordinenpara levantar una lınea de transmision, o sera mas factible facilitar esa coordinacion me-diante ofertas que la empresa pueda ofrecer? ¿Es posible, y en que grado, sobreexplotarlas lıneas tomando en cuenta que los factores de viento puedan enfriarlas?

Figura 6: Porcentaje de generacion eolica

3. Lıneas de Transmision

3.1. Definicion

Para empezar a desarrollar un plan de negocios en relacion a la conexion de las plan-tas de ERNC a los sistemas interconectados primero revisaremos algunas definicionesbasicas que se relacionan con las redes de transporte de energıa electrica ası como losparametros tecnicos mas relevantes que influyen en la transmision y sus perdidas.

En terminos generales una red de transporte de energıa electrica son los elementosque se constituyen para llevar desde un punto a otro la energıa para satisfacer losdistintos consumos, a traves de grandes distancias. Para llevar a cabo este proceso conel mınimo de perdidas se hace necesario transformar elevando los niveles de tensionpara ası reducir la corriente que circula por la red y disminuir las perdidas por el EfectoJoule. Para este fin se usan las subestaciones elevadoras que mediante transformadoreso autotransformadores logran elevar el voltaje al orden de 220 kV, 400 o 500 kV,denominados de alta tension. Lo anterior se muestra graficamente en la figura 7.

8

Figura 7: Esquema Transmision

La parte en la que nos centraremos de la red de transporte son las lıneas. Unalınea de transporte de energıa, lınea de alta tension o lınea de transmision es el mediofısico por el que se transfiere la energıa electrica. Esta constituida por un elementoconductor, ya sea un cable de acero, cobre o aluminio y tambien por elementos desoporte denominadas torres de alta tension, tal como se muestra en la figura 8.

Figura 8: Lınea de Transmision

Entre las variedades de torres de transmision, existen principalmente dos: las deamarre y las de suspension. La primera es la mas usada, y se caracteriza por su granresistencia pensada para soportar grandes tracciones generadas por agentes como elviento, la temperatura del conductor, temperatura del viento entre otros. Este tipo detorres son usadas generalmente cuando se hace necesario dar un giro, evitar obstaculosy para elevar la lınea para subir cerros o pasar por debajo o por encima de otra lıneaexistente.

El otro tipo de lıneas mas conocidas no deben soportar un peso significativo por loque se les denomina de suspension. Este tipo de torres son usadas para llevar de un si-tio al otro al conductor, siempre en lınea recta y en ausencia de otras lıneas y obstaculos.

Ademas otro parametro de suma relevancia para nuestro estudio es la capacidad delas lıneas para transportar potencia de un lugar a otro. Esta capacidad afecta directa-

9

mente al tamano de las estructuras principales. Esto se traduce en que el tamano delas torres depende del nivel de voltaje requerido y el grosor de los conductores de lacorriente que circulara por este. Las torres pueden llegar a ser postes de madera para elcaso de voltajes de hasta 46 kV. Para tensiones de 69 a 231 kV se emplean estructurasde postes con forma de H y para lıneas de 161 o mas voltaje, pudiendo llegar hastalos 1000 kV, se emplean estructuras de acero independientes. En estas ultimas torres,por estar hechas de un material conductor, se hace necesario usar aisladores de disco yherrajes para soportar al conductor.

3.2. Costos

Ademas de los aspectos tecnicos de las lıneas vistos anteriormente tambien es muyimportante considerar el tema economico de las lıneas. La idea del proyecto es buscarsoluciones mas rentables para conectar las plantas de ERNC al sistema de transmision.Es por esto que como primer paso se tratara de estimar el costo que tiene la construccionde una lınea por kilometro dependiendo de su capacidad maxima, ası como los costosque implica agrandar la lınea para aumentar su potencia maxima que puede transmitir.

Los datos que se obtuvieron para hacer este analisis fueron sacados del plan deexpansion del sistema troncal de la CNE para el 2010.

3.3. Proyectos

Para el ano 2010 se analizaron las construccion de 8 nuevas proyectos de transmision,los que se muestran en el cuadro 1.

Cuadro 1: Proyectos transmision

10

De estos proyectos, solo 6 nos son de utilidad ya que involucran la construccion delıneas de transmision.

3.3.1. Constanera-Maitencillo

Esta obra consiste en la construccion de una nueva lınea en 500 kV, entre las S/ECardones y la S/E Maitencillo, de una longitud aproximada de 132,4 km, en estructuraspara doble circuito, con una capacidad de 1500 MVA. El Proyecto incluye los panos delınea en ambos extremos de la lınea.

3.3.2. Maitencillo-Pan de Azucar

Esta obra consiste en la construccion de una nueva lınea en 500 kV entre las S/EMaitencillo y la S/E Pan de Azucar, de una longitud aproximada de 209,2 km, enestructuras para doble circuito, con una capacidad de 1.500 MVA. El Proyecto incluyelos panos de lınea en ambos extremos de la lınea.

3.3.3. Pan de Azucar-Polpaico

Esta obra consiste en la construccion de una nueva lınea en 500 kV entre las S/E Pande Azucar y la S/E Polpaico, de una longitud aproximada de 401,8 km, en estructuraspara doble circuito, con una capacidad de 1.500 MVA. El Proyecto incluye los panosde lınea en ambos extremos de la lınea.

3.3.4. Charrua-Ancoa

Esta obra consiste en la construccion de una nueva lınea en 500 kV entre las S/ECharrua y la S/E Ancoa, de una longitud aproximada de 196,5 km, en estructuras paradoble circuito, considerando en una primera fase el tendido de solo un circuito, con unacapacidad de 1.400 MVA. El Proyecto incluye los panos de lınea en ambos extremos dela lınea. El Proyecto incluye los panos de lınea en ambos extremos de la lınea.

3.3.5. Ciruelos-Pichirropulli

Esta obra consiste en la construccion de una nueva lınea en 220 kV entre las S/ECiruelos y la futura S/E Pichirropulli, de una longitud aproximada de 83,0 km, enestructuras para doble circuito, considerando en una primera fase el tendido de soloun circuito; con una capacidad nominal de 290 MVA. El Proyecto incluye los panos delınea en ambos extremos de la lınea.

3.3.6. Cardones-Diego de Almagro

El Proyecto consiste en la construccion de una nueva lınea en 220 kV, de una lon-gitud aproximada de 152 km, en estructuras para doble circuito, con el tendido de unsolo circuito, y una capacidad maxima nominal de 290 MVA, entre las subestaciones

11

Cardones y Diego de Almagro, ubicadas en la Region de Atacama. El Proyecto incluyelos panos de lınea en ambos extremos de la lınea.

Analizando todos los datos y expresandolos en el cuadro 2, podemos percatarnosde la gran variabilidad de precios por kilometro que existe en lıneas de similares carac-terısticas . Estas grandes variaciones seguramente se deban a factores topologicos enlas que las lıneas se emplazan. Sin embargo, y a pesar de estas diferencias, se es posibledeterminar que las lıneas de menor capacidad son notablemente mas economicas quelas de mayor.

Cuadro 2: Analisis de proyectos transmision

3.4. Expansion

Analizar la expansion del sistema es interesante si consideramos los costos que impli-ca mejorar una lınea de transmision aumentando su capacidad. Esto no permitira tenervalores reales que implica el aumento en sı de la transmision de potencia. Con los datosobtenidos del plan de expansion, logramos encontrar 18 proyectos, que se muestran enel cuadro 3.

Lamentablemente debido al a falta de informacion no es posible obtener datos rele-vantes que ayuden en la investigacion con respecto al mejoramiento de la capacidad delas lıneas. A pesar de existir proyectos de expansion, no se especifica sobre su capacidadde potencia, ni de su mejoramiento con respecto a este dato.

12

Cuadro 3: Proyectos expansion

4. ERNC

4.1. Normativa

La Ley 20.257 publicada el 1 de abril de 2008 por el Ministerio de Economıa intro-duce modificaciones a la Ley General de Servicios Electricos respectos a la generacionde energıa electrica con fuentes de energıas renovables no convencionales.

Obliga a las empresas generadoras electricas, con capacidad instalada superior a200 megawatts, a comercializar un 10 % de energıa proveniente de fuentes renovablesno convencionales o de centrales hidroelectricas con potencia inferior a 40.000 kilowatts,sean propios o contratados a partir del 1 de Enero del ano 2010.

La obligacion regira para las generadoras que suministran energıa al Sistema Electri-co Interconectado Central, SIC, e Interconectado del Norte Grande, SING.

La normativa senala que este porcentaje exigido a las empresas electricas se lo-grara incrementando gradualmente el volumen de este tipo de energıas , de forma tal

13

que, entre los anos 2010 y 2014 sea de 5 %, incrementandose en un 0,5 % anual a partirdel 2015, hasta alcanzar el 10 % el ano 2024.

Podemos ver en de la figura 9, el impacto que tuvo esta ley en las inversiones enERNC, creciendo estas notablemente el 2008 y 2009, pero disminuyendo el ano 2010.

Figura 9: Proyectos ERNC por ano

4.2. Proyectos

En el SEIA (Servicio de Evaluacion Ambiental) se registran todos los proyectospostulados para la aceptacion de la evaluacion ambiental. En este registro se puedenencontrar los proyectos en sus distintas etapas: construccion, aprobados y en calificacion.

Al 14 de abril de 2011, se encuentran registrados un total de proyectos que suman20.148 MW en potencia y que suman inversiones por US$ 33.550 MM. Del lo anterior,un 49 % de los MW totales esta representado por generadoras termicas en base a carbon.Esta tecnologıa es la mas atractiva para los inversionistas debido a su menor costo dedesarrollo, que se encuentra cercano a los 80 US/kWh. Luego, se encuentran las hidro-electricas, con un 32 % de los MW totales y un poco mas abajo se ubican los proyectosde generacion eolica, con un 11 % de los MW totales. Esta ultima se encuentra bastantepor encima de las otras ERNC (como biomasa, geotermicas o solares), siendo la mascercana la solar, con tan solo un 2 % de los MW totales. Cabe destacar que del 11 % deMW totales para las Eolicas, el 9 % corresponde a proyectos aprobados. El cuadro 4 yla figura 10 muestran la informacion descrita anteriormente.

14

Cuadro 4: Proyectos de generacion al 14-04-11

Figura 10: Grafico de proyectos de generacion

De los proyectos descritos en el cuadro 4, hay 3.433 MW que califican como ERNCde acuerdo a la Ley 20.257, considerando ası solamente los proyectos en el SIC y elSING. Estas tecnologıas estan representadas por las hidroelectricas de pasada de dehasta 20MW, solar, geotermica, biomasa y biogas. Para el caso particular de las centra-les hidroelectricas de pasada de entre 20 y 40 MW, se considera una porcion de esta deacuerdo a la siguiente formula: 1− P−20

20, siendo “P” la potencia en MW de la central [8].

Al ver el desglose de los proyectos ERNC, notamos que el mas relevante esta re-presentado por las centrales energıa eolica, que con 2.204 MW en proyectos representael 64 % de los proyectos de ERNC y suman inversiones por US$ 4.727 MM. Luego, seencuentran las centrales de pasada que califican como ERNC y las centrales de gene-racion solar, con un 14 % y un 13 % respectivamente del total de proyectos de ERNC.

15

Finalmente, hay 292 MW en proyectos de generacion en base a biomasa, que represen-tan un 9 % del total de proyectos de ERNC. En el cuadro 5 y en la figura 11 se detallalo recien descrito.

Dado la informacion anterior, el desarrollo del informe buscara, en particular, pro-fundizar en el estudio de “ENRC + Lınea de Transmision” para proyectos de energıaeolica.

Cuadro 5: Proyectos de generacion ERNC al 14-04-11

Figura 11: Grafico de proyectos ERNC

5. Modelo de Negocios Transmision + ERNC

5.1. Modelos de Negocios Existentes

Actualmente no existe en el mercado chileno ningun modelo de negocios para tratarel conjunto “Lıneas de Transmision y ERNC”. Sin embargo, existe una serie de ideasy estudios relacionados al tema que han permitido el desarrollo del modelo de negocios

16

que se discute a continuacion. Ejemplo de esto, es el desarrollo de “pool de proyectos”,en el cual se basa parte importante de nuestra propuesta de valor.

A nivel internacional existe un gran desarrollo de las energıas renovables no conven-cionales, en especial en paıses de la Union Europea y en Estados Unidos. Se realizo en-tonces un analisis de algunos de esos paıses que presentan un mayor desarrollo de estaforma de energıa. Sin embargo, los resultados no fueron muy utiles para definir ideas depropuestas que se adaptaran a nuestra situacion en Chile, debido a las grandes diferen-cias de contextos geograficos y polıticos entre nuestro paıs y los otros. Chile presenta unacomplejidad unica en comparacion a la de los paıses europeos, debido a su distribuciongeografica, en la cual se debiesen basar las propuestas postuladas. Las formas de afron-tar las ERNC en estos paıses son en relacion a su situacion geografica, que no se ajustana un paıs tan largo como Chile. Las inversiones en las lıneas de transmision en nuestropaıs deben ir de acuerdo a su situacion particular, por lo que es necesario innovar yencontrar respuestas que se adecuen correctamente a sus necesidades. Por otra parte,las distintas normativas presentes en paıses mas desarrollados, que tambien presentannormativas de ERNC bastante mas desarrolladas, dificultan encontrar similitudes entreambos contextos a modo de sacar ideas utiles para la definicion de un modelo de negocio.

En resumen, basicamente las propuestas para un modelo de negocios para el conjuntolıneas de transmision y ERNC para Chile que se describen a continuacion, son en sumayorıa nuevas ideas desarrolladas que buscan ajustarse de la forma mas acertada a laparticular situacion geografica y polıtica de nuestro paıs.

5.2. Definicion de Propuestas

Nuestro modelo de negocios contempla dos propuestas complementarias entre ellas:

1. Desarrollo y negociacion de lıneas de transmision de acuerdo a clusters de pro-yectos de ERNC.

2. Implementacion de BESS para clusters, haciendo mas competitiva y entregandonuevas oportunidades a este tipo de generacion.

De la mano de lo anterior se proponen temas como abordar las ideas planteadas, toman-do en cuenta ciertas decisiones estrategicas que podrıan ayudar a la empresa a alcanzarventajas competitivas en el tiempo, aprovechando las nuevas oportunidades presentesen el mercado. Ademas, se propone una serie de temas relacionados a nuestras propues-tas, que creemos que podrıa ser de mucha utilidad para la empresa investigar en mayorprofundidad.

5.3. Clusters

En primer lugar, nuestro modelo de negocios consiste instalar lıneas de transmi-sion para un conjunto de centrales de ERNC (pudiendo incluir tambien otros tipos de

17

generacion), que se encuentren cercanas y que agrupen una cantidad de potencia con-siderable, de acuerdo al modelo “pool de proyectos”. A este conjunto de centrales quepertenecen a una cierta zona geografica se les llama clusters (agrupacion). El modeloconsiste en idear una propuesta que satisfaga las necesidades del conjunto de centralespertenecientes al cluster. Si bien, una solucion para cada central en particular puederesultar economicamente no conveniente, sı puede ser viable desarrollar una solucionpara el conjunto de centrales. Es decir, en vez de pretender encontrar optimos locales(que han resultados ser no muy optimos), se busca hallar los optimos globales al pro-blema.

El modelo se sustenta en las caracterısticas tecnicas de las ERNC, que presentanmuy bajos factores de potencia (en especial la eolica), buscando ası desarrollar “poolsde proyectos”, en vez de utilizar conexiones del tipo “punto mas cercano”. El modelotambien supone una negociacion y coordinacion conjunta por de todas las partes intere-sadas (que involucra a Transelec y las distintas plantas generadoras), lo que se esperaque permita que realmente se lleve a cabo el proyecto de transmision y que se obtenganlos costos mas bajos de implementacion. De la misma forma, la negociacion en conjuntopuede permitir que las empresas lleguen a acuerdos en la reparticion de costos en lainversion de las lıneas.

La identificacion de los clusters se llevo a cabo considerando tres aspectos relevantes:(1) distancia entre proyectos, (2) potencia del conjunto e (3) inversion. Adicionalmen-te, se busca tener una idea de que tipo de consumos se pretende abastecer con esosgeneradores. Si bien se encontraron clusters que incluyen un conjunto de centrales, seidentifico tambien algunos que se componen de una sola central, pero que tienen unapotencia significativa y se encuentran cerca de otros proyectos de centrales o de centra-les ya operativas.

Para llevar a cabo la identificacion de clusters, se procedio a agrupar todos los pro-yectos de centrales electricas propuestos a la fecha y todas las centrales ya operativas(cualquier tipo de generacion), a lo largo de todo Chile. En base a esto se encontraronlas agrupaciones de centrales que pudieran resultar atractivas para Transelecde, acuerdoa los criterios de potencia y distancia descritos, . La figura 6 muestra el resultado deltrabajo hecho en Google Earth, que contiene todos los proyectos y centrales operativasen Chile.

18

Cuadro 6: Resumen de proyectos y centrales a lo largo de Chile

Para ubicar los proyectos de centrales y las centrales operativas, se utilizo como fuen-te la informacion disponible en la pagina de el Servicio de Impacto Ambienta (SEA),Central Energıa y del Compendio Energetico de Chile 2011. Los datos recolectadostienen como fecha principios de febrero del presente ano, y estos no han sufrido mo-dificaciones considerables desde la fecha. Los pines respresentan las ubicaciones de lascentrales y sus colores, su estado. Los blancos corresponden a las centrales que estanoperando, los verde han sido aprobados, los verde claro se encuentran en construccion,los rozados no han sido presentados, los azules se encuentran en calificacion y los ama-rillos, desistidos.

En el cuadro 7 se muestra el detalle de los proyectos de generacion electrica ERNC,separados por regiones y estado de proyecto, lo que se muestra de forma grafica enla figura 12. De lo que podemos observar, las regiones con mayor concentracion deproyectos son la II, IV, VIII y X region.

19

Cuadro 7: Proyectos de generacion ERNC por regiones

Figura 12: Grafico de proyectos ERNC por regiones

A continuacion se muestran todos los clusters encontrados con un analisis de cadauno de ellos.

5.3.1. Coquimbo

Ubicacion: Las centrales van desde la altura de Vicuna hasta Ovalle, en la regionde Coquimbo, tal como muestra la figura 13. En el cuadro 8 se muestra el detallede estas centrales.

20

Distancias: Entre la central La Serena y la central Punta Palmeras hay aproxi-madamente 120 km. Ademas, entre medio de ellas se encuentran ya operando lascentrales Monte Redondo, Canela I, Canela II y Totoral, tambien eolicas.

Consideraciones: Mas abajo de Punta Palmeras hay otras centrales como Amo-lanas, Huentelauquen y La Cachina, pero que no fueron consideradas debido o asu baja potencia o a su distancia del resto.

Figura 13: Cluster Coquimbo

Cuadro 8: Detalle proyectos del cluster Coquimbo

21

5.3.2. Calama

Ubicacion: Las respectivas centrales se muestran en la figura 14. Ademas, en elcuadro 9 se muestra la descripcion de cada uno de los proyectos en este lugar.

Distancias: La distancia entre las dos centrales mas lejanas es de 20.5 km.Ademas, todas se encuentran a menos de 13 km de la central termoelectricaMantos Blancos (GDF Suez), que se encuentra operando desde 1995.

Consideraciones: Hacia el Este se encuentran otras dos centrales: El Tatio y LaTorta, que debido a que no se han presentado todavıa, por su lejanıa (90 km) ypor no tener una potencia tan significativa (80 MW conjuntas), no se incluyerondentro del cumulo.

Figura 14: Cluster Calama

22

Cuadro 9: Detalle proyectos del cluster Calama

5.3.3. Chiloe

Ubicacion: Las centrales van desde la altura de Ancud hasta un poco mas arribade Castro, en la X region, tal como muestra la figura 15. En el cuadro 10 semuestra el detalle de estas centrales.

Distancias: La central Chiloe se encuentra a unos 46km en lınea recta del pro-yecto de central San Pedro. Ademas, justo entre medio de ellas se encuentra lacentral termoelectrica Degan, que tiene una potencia instalada de 36,3MW.

Consideraciones: Se incluyo dentro del cumulo al proyecto de central Piruquina,que es una central de pasada de 8MW que se encuentra aprobada.

Figura 15: Cluster Chiloe

23

Cuadro 10: Detalle proyectos del cluster Chiloe

5.3.4. Arauco

Ubicacion: Consta de una unica central ubicada en la VII region, tal comomuestra la figura 16. En el cuadro 11 se muestra el detalle de esta central.

Distancias: La central esta aproximadamente a 16km bordeando la costa de lacentral termica de Arauco, que es la mas cercana.

Consideraciones: Todas las centrales cercanas son termoelectricas, y lo masprobable es que su consumo se netamente industrial.

Figura 16: Cluster Arauco

24

Cuadro 11: Detalle proyectos del cluster Arauco

5.3.5. Chanaral

Ubicacion: Consta de una unica central ubicada en la III region, tal como mues-tra la figura 17. En el cuadro 12 se muestra el detalle de esta central.

Distancias: La central esta aproximadamente a 40km en lınea recta de la centraltermica Diego de Almagro, que es la mas cercana.

Consideraciones: Todas las centrales cercanas son termoelectricas, y lo masprobable es que su consumo se netamente industrial.

Figura 17: Cluster Chanaral

25

Cuadro 12: Detalle proyectos del cluster Chanaral

5.4. Battery Energy Storage System (BESS)

La segunda propuesta de nuestro modelo de negocios, tiene que ver con la imple-mentacion de sistemas BESS en los clusters que se encontro previamente. Los sistemasBESS entregan mayor estabilidad al sistema, especialmente cuando se cuenta con ge-neracion eolica. Estos son capaces de almacenar y entregar energıa como regulacion defrecuencia y, ademas, permiten reducir las capacidades de las lıneas de transmision, conlo que se podrıa tambien disminuir los costos de las lıneas (menor grosor de cables ytorres mas pequenas). Se proyecta tambien que con el desarrollo de esta tecnologıa, seaposible entregar energıa firme al sistema y se pueda ayudar en la planificacion (potenciapeak), a partir de la generacion de ERNC.

El reciente avance que se ha desarrollado en relacion a los sistema de almacenamientode energıa (BESS por su sigla en ingles) han abierto nuevas oportunidades de negociospara el sector electrico. En Chile esta tecnologıa ha sido usada exitosamente en elproyecto BESS Norgener el que pretendıa dejar la reserva de giro del 4 % de una plantaa cargo de esta unidad de almacenamiento. De esta forma la planta dejaba 12 MWpara la regulacion de frecuencia mientras que mantenıa la generacion de sus maquinasa potencia nominal. Como resultado, la planta aumento su eficiencia y ademas elevo suproduccion de energıa. Este proyecto logro un aumento de la venta de energıa de 90GWh anuales, por lo que fue altamente rentable. El sistema BESS se muestra en lafigura 18

26

Figura 18: BESS

Tomando como referencia esta iniciativa de Norgener, se debe empezar a considerarusar las alternativas que el desarrollo de estas nuevas tecnologıas estan generando. Paraempezar, primero mostraremos las mejores que se han desarrollado con respecto a lasbaterıas comunes.

Cuadro 13: Tabla comparativa BESS

Lo primero que cabe recalcar es la mejora en la densidad de las nuevas unida-des pudiendo de esta forma adquirir mayor potencia y energıa en unidades de menormasa lo que facilita enormemente el traslado e instalacion. Por otro lado el rango decarga efectiva mejoro de forma considerable lo que permite que esta nueva tecnologıaaproveche de mejor manera toda su capacidad. Finalmente, y uno de los puntos masrelevantes de las mejoras es lo que se refiere a la vida util de la unidad. Pasando de serinferior a 1000 cargas/recargas ahora logra mantenerse operativa por sobre las 30000cargas/recargas aumentando a lo menos 30 veces su periodo de funcionamiento. El pro-blema que aun existe en relacion a los BESS es su costo ya que debido a que es unatecnologıa emergente aun se esta pagando por su desarrollo. Esto incide directamenteen su precio provocando que en terminos de dolares por kW aun sea mas caro que el de

27

las baterıas comunes. Sin embargo a futuro sus precios bajaran, llegando a ser muchomas competitivos.

Para el caso de las ERCN, especıficamente de la energıa eolica, se hace posible laimplementacion de los BESS para los futuros proyectos debido a sus caracterısticas uni-cas y a los desafıos que estos implican. Para empezar, este tipo de energıa es totalmentedependiente del viento por lo que se hace mucho mas impredecible que las energıasconvencionales. Esto incide directamente al sistema electrico debido a que se debenaumentar sus reservas por la difıcil prediccion necesaria para programar el despacho dela central. Esto se muestra en las figuras 19 y 20.

Figura 19: Generacion Horaria del Parque Eolico Canela

Figura 20: Generacion y Programacion de Canela

Debido a la poca coordinacion que esto genera se produce el efecto denominadovertimiento eolico, en el que debido a la congestion producida en los sistemas de trans-mision provoca un desaprovechamiento de la energıa de bajo costo para el sistema, talcomo muestra la figura 21.

28

Figura 21: Vertimiento Eolico

Es debido esencialmente a esta caracterıstica de variabilidad poco predictiva de lageneracion eolica en que podemos encontrar util el uso de los BESS. Existen tres as-pectos basicos en los que esta tecnologıa podrıa mejorar el desempeno de las plantasaerogeneradoras. El primero tiene relacion con la capacidad de las lıneas de transmisionque ocupan las plantas eolicas, el segundo con la potencia firme y el tercer problema essobre el poco control que existe sobre la generacion misma que no permite una coordi-nacion eficiente.

El principal problema de los proyectos de energıa eolica alejados del sistema troncalse debe a que el costo que implica construir una lınea con la capacidad suficiente para eltransporte de la potencia que la planta requerirıa en sus puntos peaks. Esto hace que elcosto de las lıneas por kilometro sea mucho mayor al de un generador convencional si locomparamos con la energıa transportada en un periodo de tiempo. Esto se debe al bajofactor de planta que presentan los generadores eolicos que a pesar de tener una poten-cia instalada mayor, normalmente genera muy por debajo de esta. A pesar de ello laslıneas deben estar disenadas para los cortos periodos en que se genera a potencia maxi-ma. En pocas palabras, de todo el capital invertido para suplir el total de la capacidadinstalada de la planta solo se estarıa aprovechando al maximo unas pocas horas en el dıa.

Si se implementan los BESS para los parques eolicos, estos pueden cargarse en los

29

momentos de generacion maxima y de esta forma aliviarle la carga a la lınea. Con estesistema de respaldo de la lınea se podrıa hacer un estudio detallado de la capacidad depotencia y de energıa del BESS con respecto a la capacidad instalada de la planta paraası disenar una lınea con una capacidad inferior a la total. Haciendo esto se lograrıaun ahorro en la inversion inicial de la lınea, sobre todo en las de mayor longitud. Sidenominamos m al precio MW-km de la lınea, L al largo de esta, y ?C a la reduccionde capacidad de la lınea, el ahorro del costo de inversion de la lınea serıa finalmente?C*m*L. Y ahora si consideramos la inversion por capacidad del BESS en donde K esel precio por MW de la unidad se tiene que la inversion inicial I del proyecto, en dondeC es la capacidad en MW, variara en:

∆I = ∆C ×m× L− C × k

Con esto obtenemos que para que se recupere totalmente la inversion del BESS enesta primera etapa se debe tener que:

∆C ×m× L ≥ C × k

Tomando en cuenta esta relacion, y suponiendo un precio de US$500 por kW delBESS y una lınea alejada 50 km del sistema interconectado, ademas dejando un margende reserva para no saturar la lınea de un 30 % de la capacidad del BESS (es decir∆C = 0,7C), se necesitarıa por lo menos un costo de 14285.7 dolares por MW-km dela lınea para pagar el costo de implementar el sistema de almacenamiento, es decir:

0,7×m× L ≥ k

m ≥ 500× 1000

0,7× 50

m ≥ 14285,7

Ahora, suponiendo que la tecnologıa se ha desarrollado bajando sus costos a losesperado a futuro el costo MW-km tendrıa que ser:

m ≥ 125× 1000

0,7× 50

m ≥ 3571,43

Comparando este valor con los obtenidos de los costos de las lineas del estudio deexpansion del sistema troncal de la CNE del 2010 se puede ver que este ultimo valorobtenido se empieza a acercar a los precios reales de las lıneas de 220 kV.

30

Figura 22: Economıas de Escala de la Transmision

Con estos valores de $/MW-km se puede ver que para los mejores casos se esta pordebajo de los precios que harıan rentable la inversion. Es por esto que se deben consi-derar otras ventajas que los BESS proporcionarıan para darle otros valores agregadosa los proyectos.

Otra ventaja que proporcionarıan estos sistemas de almacenamientos tendrıa rela-cion con la regulacion de frecuencia del sistema. Un problema con el que nos encontra-mos al momento de analizar un parque eolico tiene relacion con el poco control que setiene sobre la generacion de estos ya que dependen exclusivamente de la disponibilidaddel viento. Es debido a esta caracterıstica de los parques eolicos que no son considera-dos para la regulacion primaria de frecuencia por lo que no se hace posible el acceso deestas tecnologıas a los pagos por servicios complementarios que podrıan llegar a ser uningreso mas predecible a largo plazo ya que es coordinado por el CDEC. El pago poreste servicio se basa en que la frecuencia se debe mantener en todo momento dentro delos lımites de calidad de servicio requeridos. Es por esto que los generadores que parti-cipan en esta regulacion deben contar en sus maquinas con equipos que permitan unaregulacion automatica de su produccion, para equilibrar los requerimientos variablesdel consumo. A esta regulacion se la denomina Regulacion Primaria de la Frecuencia(RPF). Para que esta regulacion sea efectiva las maquinas que regulan deben ser des-pachadas por debajo de su carga maxima y ası disponer de un margen de potencia conrespecto a su potencia maxima operable denominado Reserva Rotante (RR).

Debido a la imposibilidad de poder disponer de RR en las plantas eolicas, estasno reciben pagos por la regulacion de frecuencia. Si estas plantas contaran con un

31

mecanismo BESS que mantuviera una reserva de energıa suficiente para poder inyectarpotencia durante un periodo de tiempo prefijado podrıa sin problemas entrar al mercadode los servicios complementarios y recibir ingresos extras. La rapida y estable respuestade los BESS hacen de estos sistemas un muy buen metodo para inyectar potencia deforma rapida como se puede ver en el grafico de la figura 23 que muestra la respuestade una unidad frente a una brusca caıda de frecuencia de la red.

Figura 23: Respuesta frente a caıda de frecuencia

El ingreso extra recibido por esta reserva dependerıan de la potencia de reservareconocidos por el CDEC (RR), y el precio que se pague por esta misma (PRR):

Ingresos = RR× PRR

Un ultimo problema con respecto a los parque eolicos es que tener una gran capa-cidad instalada en una lınea causa inestabilidades en el sistema debido a los bruscoscambios en la inyeccion de potencia. Una rafaga de viento repentina genera una aumen-to considerable en la potencia pudiendo aumentar la frecuencia, o en caso contrario si laplanta disminuye intempestivamente provocarıa bajas en la frecuencias. Con la presen-cia de un BESS amortiguando estos cambios solucionarıa completamente el problemade inestabilidad que los grandes parque eolicas podrıan generar por lo que ademas deser una oportunidad para aumentar los ingresos, en algunos casos podrıa ser una opcionpara poder aumentar la capacidad instalada que se conecta a la red.

32

5.5. Desarrollos Futuros

Actualmente los BESS, por ser una tecnologıa en desarrollo, estan mejorando cons-tantemente por lo que cabe plantearse las posibilidades que podrıan significar para lasERNC. Uno de los principales problemas con respecto al almacenamiento de energıa alque aun no se ha dado una solucion es la capacidad de energıa almacenada. Las uni-dades usadas en el proyecto Norgener son capaces de funcionar con una autonomıa de15 minutos entregando su potencia nominal cuando estan en plena carga, sin embargoeste tiempo ira aumentando a medida que se desarrolle mas la tecnologıa por lo que sedeben analizar desde hoy las oportunidades que eso implicarıa a futuro.

Con respecto a la futura capacidad de energıa de los BESS, un punto importante aanalizar son los pagos por potencia firme. Un tema que normalmente juega en contracon este tipo de plantas debido a su bajo factor de planta que castiga enormemente alpago por capacidad. Los pagos por potencia en chile se hacen en relacion a la potenciafirme que para el caso de los parques eolicos se calcula ,de acuerdo a la ley Corta II, dela forma:

PF = FP × 95 %× 70 %× CI

Debido a que el factor de planta de estas plantas es cercano al 30 % normalmente, lapotencia firme y el ingreso recibido por ella es bajo. A futuro, una forma para mejorarla potencia firme de estos parques es por medio del almacenamiento ya que al teneruna mayor energıa reservada para los periodos de demanda maxima, pudiendo entregarla potencia nominal de la unidad por algunas horas, los parque eolicos serıan capacesde ser un aporte mucho mas confiable de lo que son actualmente y de esta formaentrar a competir con otro tipo de central convencionales en terminos de los pagos porpotencia firme. Es por esto que esta medida permitirıa aumentar la potencia firme ypor consecuencia aumentar los ingresos de la planta. Estos ingresos tendrıan relacioncon ?PF, que serıa la mejora de la potencia firme, y por PP, el pago por potencia:

∆PF × PP

Finalmente, el ultimo uso que se le puede dar a los BESS en relacion a los parqueseolicos, tomando en cuenta que a futuro estas unidades podran entregar por mas tiemposu potencia nominal, tiene que ver con la planificacion. Debido a que la generacion delos parques eolicos depende exclusivamente de las condiciones del viento, estas generansolo cuando las condiciones son las adecuadas sin importar si se esta en horario punta ovalle. Con estos sistemas de almacenamiento se podrıa guardar la energıa generada enlos horarios de menor demanda para luego venderla en la hora peak, pudiendo desplazara tecnologıas mas caras marginalmente. De esta forma se podran aumentar los ingresossimplemente por medio de una planificacion inteligente del CDEC al tener la opcionde considerar la energıa eolica dentro del despacho planificado a mediano plazo. Losingresos extras obtenidos por este metodo dependera de la energıa E [MWh] guardada

33

en horario valle y despachada en la punta ası como de la diferencia del precio entre losperiodos ?P $/MWh. Los ingresos extras diarios percibidos serıan:

Ingresos = E ×∆P

VAN del proyecto

Tomando todas las posibles oportunidades que los sistemas BESS pueden ofrecerlea las plantas eolicas, se es posible calcular un VAN en relacion las caracterısticas decapacidad de la unidad, ası como de las capacidades de las instalaciones y de los preciosesperados. De esta forma, juntando todos los ingresos, usando una tasa del 10 % yestimando una vida util de 10 anos el VAN de la incorporacion del BES al proyectoserıa:

V AN = (∆C×m×L×−C× k) +10∑1

RR× PRR1,1i

+10∑1

2∆PF × PP1,1i

+10∑1

E ×∆E

1,1i

En donde,

m: precio US$/MW-km

L: Largo de la lınea

∆C: Capacidad reducida de la lınea de transmision : Reserva Rotante (energıaguardada capaz de ser inyectada durante la demanda maxima y ayudar con lapotencia firme)

PRR: Pago por Reserva Rotante

C: Capacidad de Potencia del BESS : Precio por MW del BESS

∆PF : Aumento de la Potencia Firme de la Planta

PP: Pago por potencia : Energıa estimada que guardara en horario valle y despa-chara en la punta anualmente.

∆P : Diferencia de precio valle-punta

6. Conclusiones

Una postura poco clara frente a los nuevos proyectos de ERNC y sus limitantes enrelacion a su conexion con el sistema de transmision ha provocado que muchos proyec-tos de este tipo no logren financiar el costo que implica la construccion de una lıneaque conecte sus generadores con la lınea mas cercana. Estos proyectos normalmenteconsideran sus lıneas de forma autonoma sin coordinacion con otros agentes, lo que

34

a corto plazo no resulta ser una solucion optima. En Chile existen grandes sectoresricos en fuentes de energıas renovables en los que existen diversos proyectos de estetipo, sin embargo no hay una coordinacion mayor entre ellos que permita la evaluaciondel a construccion de una lınea en conjunto para lograr evacuar esa energıa a la red yası lograr mayor rentabilidad en cada uno de los proyectos. Es debido a este proble-ma que hemos localizado los clusters de proyectos de una capacidad significativa quepudieran potenciarse mutuamente en su integracion a los sistemas interconectados conla idea mejorar su organizacion y de esta forma aprovechar las ventajas que esto lesaportarıa. Teniendo una postura de coordinacion entre los proyectos futuros y presentesse pueden planear a largo y mediano plazo las mejores opciones de expansion troncal yde construccion de lıneas adicionales que pudieran acercar y conectar estos centros deenergıas renovables a las lıneas de transmision. Aprovechando las economıas de escalade la transmision, los clusters de proyectos pueden planificar la construccion de una solagran lınea de capacidad suficiente para conectar a todas las plantas planificadas dentrodel sector a la red ahorrando significativamente en costos de construccion y operacion.Sin embargo, a pesar de ser una solucion optima a largo plazo, existe el desafıo de lacoordinacion de los pagos de estas lıneas comunes debido a los distintos plazos de losproyectos dentro de los clusters.

Ademas de esta coordinacion para la construccion de las nuevas lıneas, debido algran avance de los sistemas de almacenamiento, existe la posibilidad de implementarlos BESS para ayudar a descongestionar la lınea, reducir su capacidad y abaratar loscostos de construccion ayudando a enfrentar el problema del coste de las lıneas. Por otrolado, los nuevos sistemas de almacenamiento en base a Ion Litio dan la posibilidad deun mejor control y manejo de la generacion al poder guardar energıa en los momentosen que no se requiere para luego despacharla en los momentos de mayor demanda. Estoayudarıa al gran problema que presentan las ERNC de no poder planificar su genera-cion estando expuestas a las condiciones ambientales, pudiendo de esta forma generaringresos por medio de servicios complementarios principalmente.

Es ası que al evitar incurrir en el costo de construir lıneas individuales para cadaproyecto y juntarse para hacer una lınea en comun, junto con aprovechar las tecno-logıas de almacenamiento, los nuevos proyectos de ERNC lograrıan reducir en formaconsiderable su inversion en las lıneas adicionales e incluso aumentar sus ingresos pormedio del almacenamiento de energıa.

35

Referencias

[1] Mapa de proyectoshttp://centralenergia.cl/proyectos/mapa-de-centrales-proyectadas/

[2] Lista de proyectoshttp://centralenergia.cl/proyectos/proyectos-generacion-chile/

[3] Artıculos relacionados con mecanismos de incentivo a ERNChttp://centralenergia.cl/author/sebastian-leyton/

[4] Seminarios de Derecho ElectricoCatalina Medel L.,Ivan Poklepovic, Juan Pablo Urrutia, Pedro Miquel.

[5] Seminarios de Derecho ElectricoCatalina Medel L.,Ivan Poklepovic, Juan Pablo Urrutia, Pedro Miquel.

[6] Seminario CIGRE Chile: “Energıa Eolica, Regulacion sectorial e Integracion al Sis-tema Interconectado”

[7] Expo APEMEC 2010: CONEXION AL SIC DE ERNC

[8] Central Energıa - Proyectoshttp://centralenergia.cl/proyectos/estadisticas-proyectos/

[9] http://www.oas.org/dsd/publications/unit/oea16s/ch16.htm#TopOfPage

[10] http://es.wikipedia.org/wiki/Reddetransportedeenerg %C3 %ADael %C3 %A9ctrica

[11] http://www.oas.org/dsd/publications/unit/oea16s/ch16.htm#TopOfPage

[12] http://www.cne.cl/archivosbajar/Rex %20CNE %20132011RectificaRex8852010.pdf

[13] Apuntes del Curso Sistemas de Potencia.

36

]

7. Anexo: Aspectos Tecnicos Lıneas de Transmision

7.1. Parametros

Las lıneas de transmision, dependiendo de sus materiales y disposicion geometri-ca, presentan constantes caracterısticas fundamentales por kilometro de longitud. Lasprincipales son:

Resistencia electrica:[

Ωkm

]Coeficiente de autoinduccion:

[henrios

km

]Capacitancia:

[faradios

km

]Conductancia:

[Seimens

km

]7.1.1. Resistencia Serie

La principal caracterıstica que se debe considerar para el caso de los conductoreselectricos sobre su resistencia es que varıa con la temperatura y el dato que provee elfabricante para DC es a 20° C. Ademas cabe senalar que la resistencia es la causa masimportante de perdida de potencia de las lıneas de transmision. La expresion generalpara resistencia electrica es:

R =ρL

S

Y tomando las unidades en magnitudes homogeneas, la formula queda:

R =10ρL

S

En la que R esta expresada en ohms si:

ρ: Resistividad del conductor esta en microohms centımetro cuadrado por centıme-tro.

L: Longitud del conductor en kilometros.

S: Seccion del conductor en milımetros cuadrados. En el caso de cable se debeusar la suma de las secciones rectas de los hilos que lo componen.

Ası, usando la relacion anterior podemos obtener la expresion para la resistenciapor kilometro de longitud:

37

Rk =R

L=

10ρ

S

[Ω

km

]Ahora, relacionando la Resistencia del conductor con su temperature se puede decir

que es practicamente lineal en el rango normal de operacion como se ve en la figura 24.

Figura 24: Resistencia en funcion de la temperatura

Cabe destacar que el punto de interseccion de la extension de la lınea con el eje detemperatura a resistencia cero es una constante del material.

Segun la figura, tomando a R1 y R0 como las resistencias del conductor a tempera-turas t1 y t0 respectivamente y en donde ρ1 y ρ0 son sus resistividades para las mismastemperaturas, se pueden obtener las relaciones:

ρ1 = ρ0[1 + α(t2 − t2)]

R1 = R0[1 + α(t2 − t2)]

Lo anterior, tomando en cuenta que α es el coeficiente de temperatura del material.

7.1.2. Reactancia Serie

La reactancia es la propiedad fısica que caracteriza al fenomeno que se produce alexistir una variacion en la intensidad de corriente. Esta variacion genera una fuerzaelectromotriz de induccion que provoca a su vez una modificacion en el flujo magneticocreado por la misma corriente circulante. Estas fuerzas electromotrices son llamadasde autoinduccion. El coeficiente de autoinduccion, φ, relaciona el flujo creado por lacorriente circulante con la intensidad i de la misma mediante la relacion:

38

ς =φ

i

En donde ς es el coeficiente de autoinduccion. Este coeficiente depende de la formadel circuito y del medio en que este. Por otro lado, se tiene que la fuerza electromotrizde autoinduccion ea esta determinada por la relacion:

ea = −dφ

dt= −ς di

dt

Con esto obtenemos que el coeficiente de autoinduccion, que en simples palabras esla relacion entre la f.e.m. de autoinduccion y la velocidad de variacion de la intensidadde corriente.

Para determinar el valor de este coeficiente, se deben tomar en consideracion laconfiguracion de las lıneas, asi como la cantidad. Para el caso general de una lınea laexpresion es:

ς =

[µ

2n+ 2log

(D

r

)]L · 10−4[H]

Y por kilometro:

ς =

[µ

2n+ 2log

(D

r

)]L · 10−4[

H

km]

En estas relaciones se tiene que:

µ, es la permeabilidad magnetica del conducor. Para metales como el cobre, alu-minio y aleaciones de aluminio toma de valor 1.

n, es el numero de conductores por fase, tambien llamados subconductores.

D, es la separacion media geometrica entre ejes de fases. Generalmente en milıme-tros.

R, es el radio del conductor en milımetros, para fases simples. Para mas fase sedebe usar un radio equivalente re. Este equivalente serıa el radio que tendrıa elconductor unico por fase que tendrıa el mismo gradiente unitario maximo que laconfiguracion de varios conductores formando el haz de fases multiple. Este radioequivalente esta definido por la expresion:

re = R n

√nr

R=

n√nrR(n−1)

En donde R es el radio en milımetro de la circunferencia que pasa por los centrosde los subconductores. Tomando una configuracion doble, como se aprecia en la figura25.

39

Figura 25: Fase Doble

Se tiene que R = ∆2

, considerando que ∆ es la separacion entre los conductores. Conesto el radio equivalente queda de la forma:

re =√r∆

En el cuadro 14 quedan expresados los radios equivalentes dependiendo del numerode conductores por fase.

Cuadro 14: Radios equivalentes

Y finalmente, dependiendo del tipo de fases y usando materiales con permeabilidadunitaria, el coeficiente de autoinduccion queda expresado en el cuadro 15.

40

Cuadro 15: coeficiente de autoinduccion

7.1.3. Capacitancia Shunt

La capacidad de una lınea de dos conductores se define como la carga sobres losconductores por unidad de potencial entre ellos. Ademas, segun la ley de Gauss paracampo electricos se tiene que la carga electrica dentro de una superficie cerrada es igualal flujo electrico total que sale de la superficie. Con esto se tiene la relacion:

C =q

v

[F

m

]En esta relacion se tiene que q es la carga de la lınea en coulombs por metro y v es

la diferencia de voltaje entre los conductores.

Esta capacidad se genera cuando existe una diferencia de potencial entre conduc-tores y es una constante que depende de la configuracion y tamano del espacio entreconductores. De esta forma las lıneas actuan como un capacitor debido a la diferenciade potencial existente entre ellas.

Este efecto es bastante bajo para las lıneas de subtransmision debido a que la po-tencia transmitida es relativamente baja, pero para el caso de lıneas de transmisionde mayor longitud el efecto se hace notar adquiriendo importancia. Debido al efectocapacitivo de las lıneas, la carga en os conductores en un punto aumenta o disminuyecon el cambio del valor instantaneo de voltaje entre los conductores entre los puntos.Esta carga y descarga produce un flujo de corriente que fluye en la lınea de transmisionllamado corriente de carga de la lınea.

Debido a que este efecto es una propiedad entre los conductores, la corriente decarga de la lınea existe a pesar de que la lınea este abierta. Esta capacidad afecta lacaıda de voltaje a lo largo de la lınea, ası como su eficiencia, el factor de potencia y ensu estabilidad. Las formulas que relacionan la capacidad para distintos tipos de fasesson las expresadas en el cuadro 16.

41

Cuadro 16: Capacidad segun fases

7.1.4. Conductancia

La conductancia se relaciona con la facilidad que presenta un material al paso decorriente a traves de este. Este parametro toma en cuenta las corrientes de fuga de losaisladores y a traves del aislamiento de los cables.

Generalmente la conductancia no se considera en los calculos de parametros de lıneadebido a su poca influencia. En otras palabras, debido a que la fuga en los aisladores espracticamente despreciable, la conductancia adqueire poco valor en comparacion a losotro parametros.

Otro factor que influye en que este parametro no se tome en consideracion es quese hace difıcil calcular su valor debido a que es muy variable. La fuga en los aisladorescambia apreciablemente con las condiciones atmosfericas y con las propiedades conduc-toras de la contaminacion que se deposita sobre los aisladores. Como la conductanciaes el valor inverso de la resistencia:

G =1

R=

I

V[Siemens]

La perdida de potencia en cada fase de la lınea sera:

p = I · V = GV 2[W ]

Y ası la conductancia kilometrica por fase sera:

Gk =p[kWkm

]V 2[KV ]

· 10−3

[S

km

]Donde,

42

p, Perdida en kilovatio por kilometro y por fase.

V, Tension por fase expresada en kilovoltios.

7.2. Potencias y Perdidas

7.2.1. Potencia Caracterıstica de una Lınea

La potencia caracterıstica de una lınea, o tambien llamada potencia natural corres-ponde a la potencia de la impedancia caracterıstica Zc. Esta impedancia esta definidapor los parametros de lınea segun la relacion:

Ze =

√Zk

Yk=

√Rk + jXk

Gk + jBk

Una lınea transportando su potencia natural funcionara con un factor de potenciaconstante en todos sus puntos y ademas supone las condiciones optimas de trabajoen relacion al transporte de energıa. La potencia Caracterıstica esta definida por laecuacion:

Pc =U2

Zc

En donde U es el voltaje fase fase del sistema en kV.

7.2.2. Perdidas

Efecto Corona

Este efecto se relaciona con la descarga parcial en un gas, que esta localizado enuna zona limitada en el espacio. Esta descarga no es total por lo que no significa laperdida completa de las propiedades aislantes del gas conservando de esta forma laspropiedades dielectricas.

El efecto corona se presenta en tres casos distintos: en campos no uniformes, encampos de grandes intensidades o cuando la dimension de los electrodos es mucho me-nor a la distancia de separacion. Los efectos principales causados por este fenomenoson la perdida de energıa, el radio de interferencia (RI) y la generacion de ruido audible(RA). Otros efectos menos significativos del fenomeno son el deterioro del material y laproduccion de compuestos contaminantes.

Cabe mencionar que las perdidas por el efecto corona dependen principalmente dedos factores: el primero es la diferencia de voltajes entre los conductores y tierra yel segundo factor tiene que ver con el tiempo atmosferico. Con buenas condicionesclimaticas las perdidas son practicamente nulas y pueden llegar a ser bastante elevadas

43

en condiciones de lluvia. Es por esto que se hace necesario tener datos meteorologicosde las regiones en que se encuentran las lıneas para lograr realizar una evaluacion delas perdidas anuales.

Efecto Joule

Las perdidas por el efecto Joule, o tambien conocidas como perdidas por calenta-miento, de una lınea se deben a la resistencia ohmica del material y no de su impedancia.La relacion de las perdidas esta expresada en la siguiente ecuacion:

pj = i2RL[W ]

Considerando esto, y ademas que tomando en cuenta que la vida util de una lınea esde alrededor de 15 a 50 anos nos lleva a tomar en considerar que transportara energıapor al menos 10 anos en las mismas condiciones en que fue construida inicialmente.Durante estos 10 anos la carga ira evolucionando, aumentando ano a ano por l queinicialmente la lınea transportara cierta potencia inicial P0 y finalmente alcanzara unapotencia final Pn. Con esto se puede determinar una potencia media Pm que permitedeterminar la energıa total transmitida durante los anos de estudio.

E = Pm · T =

∫ t

0

P (t)dt

Considerando que la lınea opera a una potencia constante Pmdurante n anos, lapotencia Pjque se alcanza despues de j anos esta dada por la relacion:

Pj = P0(1 + t)j

En esta relacionn se considera a t como al tasa de crecimiento, i el numero de anos,P0 como la potencia inicial y Pi como la potencia final transportada por la lınea.

Si se tiene la tasa de crecimiento de la demanda, y la potencia de saturacion Ps dela lınea se puede despejar el tiempo que tomara en saturarse la lınea:

Pperdidas =√

3

(Pm

U · fp

)2

·R

En donde U es la tension entre fases y fp el factor de potencia.

7.2.3. Perdidas por dispersion sobre las cadenas de aisladores

Este tipo de perdidas se deben a las fugas de corrientes que existen en las cadenasde aisladores que sostienen los cables en las estructuras de suspension y sujetan en asestructuras de retencion. Estar perdidas, muy pequenas, son estimadas en 15 watts porcadena de aisladores para una lınea de 230 kV.

44

7.2.4. Disipacion de Calor

Para el caso de una lınea de transmision se debe tener en consideracion las tempe-raturas maximos que el conductor es capaz de soportar en regimen permanente. Si lalınea es aerea, el aumento en la temperatura provoca una dilatacion del material, loque se traduce en una disminucion en la distancia a tierra. Esto genera una baja en alconfiablidad del sistema ya que se podrıan originar descargas.

Una consideracion relevante con respecto a la temperatura de la lınea es que estadepende de la temperatura ambiente, velocidad del viento, radiacion solar. Es debido aesto que la corriente admisible en la lınea depende de factores externos a esta como loes la estacion del ano y el tiempo atmosferico.

Finalmente se debe considerar que cuando la lınea esta cargada por un tiemporelativamente largo el lımite de corriente que se puede transmitir esta dado por lasperdidas, cuyo valor economico puede justificar una mayor inversion en los conductoresde la lınea.

45