Rebombeo como una opción estrategia para la sustentabilidad energética en Baja California Sur

El Proyecto ‘Ballena II’ tiene como objetivo identificar las oportunidades del uso de nuevas tecnologías a través del uso del rebombeo de agua como parte de sistemas de almacenamiento para fomentar el uso de la energía solar fotovoltaica. Actualmente, México no cuenta con proyectos de este tipo, a pesar de que las condiciones geográficas del país permitirían de manera importante una penetración y desarrollo de esta tecnología.

 

El rebombeo hídrico se refiere a a un sistema de almacenamiento de energía a través del almacenamiento de agua en dos embalses. El método de almacenamiento consiste en el uso de la gravedad para generar energía a través del movimiento de turbinas hidráulicas. El sistema bobea agua de una reserva o embalse a desnivel durante la generación de energía excedente fuera de horarios pico de demanda y libera agua del embalse superior cuando la generación renovable decae y la demanda aumenta o permanece constante.

 

El desarrollo de estos proyectos utiliza electricidad de bajos costos generada en horarios fuera de demandas pico para elevar la energía al embalse superior. Durante los periodos de alta demanda, el agua almacenada en el embalse superior se libera a través de turbinas para producir energía eléctrica. El gran beneficio de estas plantas es que, a pesar de que el proceso de bombeo consume energía, el sistema permite vender energía precios más altos en periodos de alta demanda. Además, si el costo de esa generación es igual a cero (a través del uso de energía renovable) las ganancias son siempre positivas. El desarrollo de este tipo de proyectos tiene también el beneficio de estabilizar la potencia de la red, permiten disponer de energía auxiliar en casos de emergencia así como reducir la intermitencia al ser combinada con generación renovable, entre muchas otras.

 

El proyecto se enfoca en identificar las características necesarias para la penetración de esta tecnología en el Estado de Baja California Sur, México. Debido a las características únicas del Estado – la desconexión del resto del Sistema Eléctrico Nacional, la alta dependencia en combustibles fósiles para la generación de electricidad y la creciente y contaminante industria de la que depende la generación de energía – la posibilidad de desarrollar nuevas medidas de almacenamiento de energía surge como una estrategia para independizar de manera sustentable la generación de energía sin tener afectaciones negativas a la sociedad, al medio ambiente y al desarrollo económico.

 

En este sentido, el Estado de Baja California Sur se enfrenta a un trilema energético que consiste en asegurar: la seguridad energética, la equidad energética y la sustentabilidad ambiental. Sin embargo las características del Estado por su posición geográfica y por su topografía, que antes se consideraban uno de los más grandes retos para generar electricidad a precios bajos, hoy ofrecen

 

El Proyecto ‘Ballena II’ tiene como objetivo identificar las oportunidades del uso de nuevas tecnologías a través del uso del rebombeo de agua como parte de sistemas de almacenamiento para fomentar el uso de la energía solar fotovoltaica. Actualmente, México no cuenta con proyectos de este tipo, a pesar de que las condiciones geográficas del país permitirían de manera importante una penetración y desarrollo de esta tecnología.

 

El rebombeo hídrico se refiere a a un sistema de almacenamiento de energía a través del almacenamiento de agua en dos embalses. El método de almacenamiento consiste en el uso de la gravedad para generar energía a través del movimiento de turbinas hidráulicas. El sistema bobea agua de una reserva o embalse a desnivel durante la generación de energía excedente fuera de horarios pico de demanda y libera agua del embalse superior cuando la generación renovable decae y la demanda aumenta o permanece constante.

 

El desarrollo de estos proyectos utiliza electricidad de bajos costos generada en horarios fuera de demandas pico para elevar la energía al embalse superior. Durante los periodos de alta demanda, el agua almacenada en el embalse superior se libera a través de turbinas para producir energía eléctrica. El gran beneficio de estas plantas es que, a pesar de que el proceso de bombeo consume energía, el sistema permite vender energía precios más altos en periodos de alta demanda. Además, si el costo de esa generación es igual a cero (a través del uso de energía renovable) las ganancias son siempre positivas. El desarrollo de este tipo de proyectos tiene también el beneficio de estabilizar la potencia de la red, permiten disponer de energía auxiliar en casos de emergencia así como reducir la intermitencia al ser combinada con generación renovable, entre muchas otras.

 

El proyecto se enfoca en identificar las características necesarias para la penetración de esta tecnología en el Estado de Baja California Sur, México. Debido a las características únicas del Estado – la desconexión del resto del Sistema Eléctrico Nacional, la alta dependencia en combustibles fósiles para la generación de electricidad y la creciente y contaminante industria de la que depende la generación de energía – la posibilidad de desarrollar nuevas medidas de almacenamiento de energía surge como una estrategia para independizar de manera sustentable la generación de energía sin tener afectaciones negativas a la sociedad, al medio ambiente y al desarrollo económico.

 

En este sentido, el Estado de Baja California Sur se enfrenta a un trilema energético que consiste en asegurar: la seguridad energética, la equidad energética y la sustentabilidad ambiental. Sin embargo las características del Estado por su posición geográfica y por su topografía, que antes se consideraban uno de los más grandes retos para generar electricidad a precios bajos, hoy ofrecen

Diagnóstico.

 

Actualmente el estado de Baja California Sur produce el 85% de la generación de electricidad a través de combustibles fósiles, la prospectiva de la Secretaría de Energía (SENER) para 2015 es que la zona se mantenga en este misma trayectoria al 2029, con una relación de 85% de energía producida a través de combustibles fósiles y un 15% por medio de otras fuentes. Baja California Sur produce su propia electricidad por medio de 10 centrales que usan combustóleo y diésel. Es un sistema aislado del resto del país con una capacidad instalada de 750 MW. Actualmente es este estado representa el 0.9% del consumo eléctrico de todo el Sistema Eléctrico Nacional con un sistema de 355 Km de líneas de transmisión y 4 puntos de generación.

 

En este sentido, aunque el estado produce casi la misma cantidad de energía que consume, los costos de la electricidad son, en promedio, unos de los más altos a nivel nacional. La tasa de crecimiento de uso de electricidad en el estado es de 3 a 3.5% anual, por lo que, al igual que el resto del sistema interconectado Internacional requiere de una adición importante de energía. Durante el 2017, el gobierno federal ha comenzado a trabajar en establecer una línea de electrificación subterránea que será clave para electrificar la zona en 2021 (cuando el proyecto esté terminado). En este sentido, el desarrollo de las energías renovables juegan un papel fundamental para substituir las plantas existentes que utilizan combustibles de origen fósil y atender el incremento de la demanda en el mediano y largo plazo. La opción del almacenamiento por rebombeo presenta una importante alternativa para atender la intermitencia del suministro por energías renovables en la zona.

Como es posible observar en la gráfica, la participación de energías renovables se incrementará en los próximos años, sin embargo, solamente se generarán 2.5 TWh al año a través de estas energías. La inclusión de sistemas de rebombeo puede incrementar la penetración de renovables.

 

Metodología:

 

Con base en los resultados del estudio: Proyecto Ballena II, se identificaron una serie de parámetros que permiten identificar las características del terreno topográfico, del sistema de transmisión, del de distribución y de las centrales de generación, así como los centros de demanda de la región. Asimismo, entre estas carteristas se incluyen proximidad a ciertas Áreas Naturales Protegidas (ANP) y los factores de planta de las plantas generadoras aledañas. Así como elevaciones con suficiente altura y con posibilidades de adoptar un embalse.

 

Con las características necesarias para el desarrollo de proyectos de rebombeo en Baja California Sur identificadas se se establecieron, a través de un proceso metodológico, conocido como Four-Ways-To-Play con el fin de identificar la factibilidad de proyectos a través de  ciertos parámetros que permiten determinar la factibilidad y los costos-beneficios que podrían generarse del desarrollo de proyectos de rebombeo. En la siguiente tabla se muestra los principales parámetros, con una descripción para cada uno, así como la asignación de una valoración (o peso) para ponderarlos en posibilidades y porcentajes de factibilidad.

Posteriormente, para identificar la posible implementación de un proyecto de rebombeo se aplicó la metodología ‘Four-ways-to-play’ la cual permite identificar que la instalación del proyecto cumpla con ciertos requisitos mínimos. Este proceso metodológico permite evaluar los distintos parámetros preestablecidos y darles un valor distinto para así priorizar unos sobre otros y evitar el resultado de proyectos que tengan efectos indeseados (por ejemplo, el desarrollo de un proyecto dentro de un ANP o el desarrollo de un proyecto que requiere altas inversiones en líneas de transmisión e interconexión).

 

Figura 4: Metodología Four-Ways-To-Play

Way to Play Nombre Descripción
1 Ubicar centrales cerca de las zonas de mayor demanda Se propuso un modelo con un mayor incremento en los parámetros de distancias a la demanda, subestaciones y generación, así como la capacidad de generación. Se les asignó un peso medio a las zonas núcleo y ANP.
2 Facilitar la sustitución de generación fósil Para promover el uso de energías limpias se contempló como opción la sustitución o soporte a las centrales de generación fósil que se encuentran ubicadas en BCS
3 Habilitar instalaciones de generación limpia Se les asignó un mayor peso a los proyectos potenciales de generación limpia para promover y adaptar la tecnología hídrica por bombeo para estas plantas.
4 Lograr mayor economía de escala en centrales solar FV + hídrico por bombeo Debido a la regionalización de los consumos y centrales de generación, se dio mayor peso a los parámetros de terreno como altura, cercanía al mar y a las ANP.

 

Fuente: PwC, 2017.

 

Resultados

 

Con base en la aplicación de esta metodología de identificación de zonas se identificaron 13 con potenciales de albergar un proyecto de rebombeo en el estado de Baja California Sur. Sin embargo, una vez aplicada la metodología de Four-Ways-to-Play, la ponderación de todos los parámetros depuró las opciones a 4 zonas con altos potenciales para el desarrollo de sistemas de rebombeo hídrico. Las zonas ubicadas en Los Tules, San José y Rofomex son las más atractivas porque presentan el mayor peso y probabilidad en promedio de albergar un proyecto con base en las características identificadas anteriormente.

Como se mencionó anteriormente, el estado cuenta con sistemas de interconexión limitados, por lo que cada propuesta de localización para el desarrollo de un proyecto se evaluó tomando en consideración -y con particular interés en relación con la proximidad con los centros de generación-, las subestaciones, la demanda próxima y las capacidades locales de la red.

En este mismo sentido, el desarrollo de la evaluación presenta la situación actual de la tierra, la topografía, los Precios Marginales Locales (PML) y la posibilidad de competir en el mercado con el desarrollo de una planta de rebombeo, particularmente a través de la combinación de energía renovable (solar FV) con el sistema de almacenamiento hídrico a través de la proyección de Costos Nivelados de Energía (CNE) por este tipo de instalación. Finalmente estos resultados incluyen la demanda de agua a nivel local, la posibilidad de desarrollar proyectos con el uso de agua salda (para evitar estrés hídrico en la región).

La figura anterior muestra los Costos Nivelados de la Energía (CNE) proyectados para el desarrollo de los proyectos de generación de energía solar combinada con un sistema de almacenamiento por rebombeo hídrico en la región de Baja California Sur. Los datos muestran que al establecer un sistema de 10 MW de energía solar es posible desarrollar un sistema de 9MW de almacenamiento por rebombeo, lo que tendría una generación neta de 40,000 MWh por todo el sistema. Este proceso generaría una inversión de 31.6 millones de dólares por el proyecto, produciría alrededor de 70 empleos para la energía solar y otros 72 para la operación y mantenimiento de los embalses de rebombeo. Lo anterior indica un CNE de alrededor de 31 dólares por Megawatt generado en este sistema.

Sin embargo, los beneficios son mucho más amplios que otros proyectos de energías renovables. De acuerdo con los resultados se obtendrían cerca de 7 millones de metros cúbicos de agua desalinizada anualmente, que a su vez tendrían una huella hídrica evitada de hasta 19,650 metros cúbicos de agua; una población que podría beneficiarse de la generación eléctrica de casi 100,000 personas y una importante reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y contaminantes criterio (CC) de hasta 20,900 toneladas de dióxido de carbono (CO2), 590 toneladas de dióxido de azufre (SO2) y 208 tonealdas de dióxido de nitrógeno (NO2). El potencial de reducción de emisiones del proyecto es de 1.04 tCO2/MWh

Finalmente, el desarrollo del proyecto traería beneficios para la región y el mercado eléctrico al establecer servicios conexos, incrementar y estabilizar la potencia de la red, producir Certificados de Energías Limpias y, al mismo tiempo reducir el valor de los PML al producir energía con costos de generación cero por un mayor tiempo.


Referencias

 

La Jornada 28 de Junio de 2017. “Anuncia CFE proyecto de interconexión que unirá BCS con la red nacional de electricidad” Disponible en línea en: http://www.jornada.unam.mx/ultimas/2017/06/28/anuncia-cfe-proyecto-de-interconexion-que-unira-bcs-con-la-red-nacional-de-electricidad Consultado en: Junio de 2017.

Descargables

Elaborado por PWC con el apoyo de ICM y el financiamiento de WWF México.

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