COSTOS HIDROELECTRCIDAD


La generación de energía hidroeléctrica es una tecnología renovable madura que puede proporcionar electricidad, así como una variedad de otros servicios a bajo costo en comparación con muchas otras tecnologías de energía. Existe una variedad de perspectivas de mejora de la tecnología disponible actualmente, pero probablemente esto no se traduzca en una tendencia clara y sostenida de costos debido a otros factores de contrapeso.


Esta sección describe los factores fundamentales que afectan al costo nivelado de la electricidad (LCOE) de las plantas hidroeléctricas: a) los costos iniciales de inversión, b) la operación y mantenimiento (O&M), c) los costos de desmantelamiento, d) el factor de planta, e) la vida económica útil de la inversión, y f) el costo del financiamiento del proyecto (tasa de descuento).


Es importante reconocer que el LCOE no es el único determinante del valor económico o la rentabilidad de los proyectos hidroeléctricos. Las centrales hidroeléctricas diseñadas para satisfacer demandas máximas, por ejemplo, pueden tener LCOE relativamente altos. Sin embargo, en estos casos, no sólo es el costo por unidad de potencia suele ser mayor, sino también los precios medios de energía durante los períodos de máxima demanda y por lo tanto los ingresos por unidad de energía vendida en el mercado.


Dado que los proyectos hidroeléctricos pueden proporcionar múltiples servicios, además del suministro de energía eléctrica, la asignación de costo total para el uso individual también es importante para el resultado LCOE.


Costo de inversión y factores que lo afectan


Básicamente, hay dos grupos principales de costos de inversión en proyectos de energía hidroeléctrica: a) los costes de construcción civil, que normalmente son los mayores costos del proyecto de energía hidroeléctrica, y b) el costo de los equipos electromecánicos para la transformación de la energía. Además, los costos de inversión incluyen los costos de planificación, análisis de impacto ambiental, concesión de licencias, la mitigación de la pesca y vida silvestre, la mitigación de recreación, mitigación histórica y arqueológica, y monitoreo de la calidad del agua.


Los costos de construcción civil siguen la tendencia de los precios del país donde el proyecto se va a desarrollar. En el caso de los países con economías en transición, los costos de construcción civil son generalmente más bajos que en los países desarrollados, debido a la utilización de mano de obra materiales de construcción locales.


Los costos de construcción civil dependen siempre del sitio específico, debido principalmente a las características propias de la topografía, las condiciones geológicas y el diseño de la construcción del proyecto. Esto podría conducir a costes de inversión y LCOE diferentes incluso para los proyectos de la misma capacidad.


La figura 7.4.1 muestra la evolución de los costes de inversión para un gran número de proyectos de deferentes tamaños investigados en los EE.UU.. La figura es de un estudio hecho por Hall et al. (2003) que presenta los costos de inversión de las plantas típicas en sitios nuevos.





La figura 7.4.1 muestra que, si bien hay una tendencia general de aumento de los costeo de inversión a medida que aumenta la capacidad, también hay una amplia gama de costos para proyectos de la misma capacidad, dados por la desviación de la línea de tendencia general (azul). Por ejemplo, un proyecto de 100 MW tiene un costo promedio de inversión de USD 200 millones (2000 USD/kW), pero el rango de los costos es de menos de USD 100 millones (1000 USD/kW) y hasta más de USD 400 millones (4000 USD/kW).


En proyectos de energía hidroeléctrica, donde la capacidad instalada es inferior a 5 MW, los costos de los equipos electromecánicos, tienden a dominar. A medida que aumenta la capacidad, los costos son cada vez más influenciada por el costo de las estructuras civiles. Los componentes del proyecto de construcción que afectan los costos de construcción civil, la mayoría son presas, tomas de agua, conductos de presión hidráulica (túneles y compuertas) y las centrales eléctricas, por lo tanto, estos elementos tienen que ser optimizados cuidadosamente durante la etapa de diseño de ingeniería.


La misma capacidad de generación global se puede lograr con una pocas unidades generadoras de grandes o varias pequeñas. Las plantas que utilizan unidades generadoras más pequeñas tienen mayores costos por kW que las plantas que las con grandes unidades. Los altos costos por kW de capacidad instalada asociados con un alto número de unidades de generación se justifican por una mayor eficiencia y flexibilidad de la integración de las centrales hidroeléctricas en la red eléctrica.


Los costos de equipos electromecánicos, en contraste con los costos de construcción civil, siguen los precios del mercado mundial para estos componentes. Alvarado-Ancieta (2009) presenta el costo típico de los equipos electromecánicos de varios proyectos hidroeléctricos en la figura 7.4.2.





Los costos específicos de inversión (por kW instalado) tienden a reducirse a una mayor cota y capacidad instalada del proyecto. Con mayor cota, el proyecto hidroeléctrico se puede configurar para utilizar menos volumen de flujo, y por lo tanto más pequeños conductos hidráulicos o pasajes. El tamaño del equipo es también más pequeño y los costes relacionados son más bajos.


Los resultados de dos de los estudios que figuran en la tabla 7.4.1a se pueden utilizar para ilustrar la distribución característica de los costos de inversión en ciertas áreas geográficas. Los estudios detallados de los costos de inversión dan una idea de cuanto del potencial técnico puede ser explotados en o por debajo de los costes específicos de inversión. Los resultados de dos estudios sobre los costos de inversión acumulados se presentan en la f . Un resumen de un estudio de costos de inversión típica en los EE.UU. por Hall et al. (2003) muestran un rango de costos de inversión para 2.155 proyectos de energía hidroeléctrica con una capacidad total de 43.000 MW de menos de 500 USD/kW hasta más de 6000 USD/kW. El 25% del potencial de la evaluación técnica se puede desarrollar a un costo de inversión de hasta 960 USD/kW, un 25% adicional a un costo de entre 960 y 1.650 USD/kW y otro 25% a un costo de entre 1.650 y 2.700 USD/kW.







Un resumen similar de estimaciones de costos de 250 proyectos en todo el mundo con una capacidad total de 202.000 MW, ha sido compilado en el estudio VLEEM-2003 (Lako et al., 2003). En este caso, el rango de los costos de inversión son de 450 USD/kW hasta más de 4500 USD/kW. Los costos ponderados (percentiles) son: el 25% pueden ser desarrollados a costos de hasta 660 USD/kW, el 50% (mediana) a un costo de hasta 1.090 USD/kW y 75% a costos de hasta 1260 USD/kW. En general, estos y otros estudios sugieren un promedio de costos de inversión y almacenamiento para proyectos hidroeléctricos de 1.000 a 3.000 USD/kW. Los proyectos pequeños en ciertas zonas a veces pueden tener costos de inversión que superen los anteriores, mientras que los bajos costos de inversión son también a veces factible. Para los cálculos de LCOE que siguen, sin embargo, un intervalo de 1.000 a 3.000 USD/kW se considera representativo de la mayoría de los proyectos hidroeléctricos.





Otros costos de los proyectos hidroeléctricos


Costos de operación y mantenimiento (O&M): Una vez construidas y puestas en funcionamiento, las centrales hidroeléctricas por lo general requieren muy poco mantenimiento y los costos de operación se puede mantener bajos, ya que las plantas hidroeléctricas no tienen los costos recurrentes en cuanto a combustibles. Los costos de O&M se dan generalmente como un porcentaje del costo de inversión por kW. El estudio del Consejo Europeo de Energías Renovables junto con Greenpeace, utiliza un 4% para los costos de O&M, lo que puede ser apropiado para la energía hidroeléctrica a pequeña escala, pero es demasiado alto para las centrales hidroeléctricas de gran escala. El WEO, estudio hecho por la Agencia Internacional de Energía (IEA), utiliza un 2,5% (IEA, 2008a), el 2,2% para la energía hidroeléctrica de gran escala de 3% para proyectos más pequeños. Un promedio típico de los costos de O&M para la energía hidroeléctrica es de 2,5%, cifra que se utiliza en los cálculos LCOE que siguen.


Los costes de clausura: las plantas hidroeléctricas rara vez están fuera de servicio por lo que es muy difícil encontrar información sobre los costes de desmantelamiento. Una alternativa a la clausura es renovación de licencias y operación del proyecto continuo. Unos pocos casos de clausura de presas han sido reportados en la literatura, pero estas presas no suelen ser las represas hidroeléctricas. Debido a la larga duración de los proyectos hidroeléctricos, los costes de desmantelamiento que se producen entre 40 y 80 años en el futuro es poco probable que contribuyan significativamente a la LCOE. Por lo tanto, los costes de desmantelamiento no están incluidos en los análisis LCOE para la energía hidroeléctrica.


Parámetros de desempeño que afectan el LCOE


Factor de planta: Para las fuentes de energía variable como el viento, sol y las olas, la distribución estadística de la fuente de energía determinará en gran medida el factor de planta. Para la energía hidroeléctrica, sin embargo, el factor de planta en general se estructura en la planificación y optimización del proyecto, teniendo en cuenta tanto la distribución estadística del flujo y las características de la demanda del mercado para la energía. Una planta de energía en horas punta será diseñado para tener un bajo factor de planta, por ejemplo 10 a 20%, con el fin de suministrar la demanda punta de potencia a la red sólo durante las horas punta. Por otro lado, una planta de energía diseñada para suministrar energía a las plantas de aluminio pueden ser diseñados para tener un factor de capacidad del 80% o más, con el fin de suministrar una carga de base casi constante. Pueden construirse depósitos con el fin de aumentar la estabilidad de flujo para la producción de la carga base, pero también podría ser diseñado para suministrar un flujos muy variable (pero fiable) a una planta de los potencias para demanda punta.


Un bajo factor de planta implica baja producción y un mayor LCOE. Krewitt et al.(2009) utiliza un valor bajo para la energía hidroeléctrica, 2.900 horas o 33%, mientras que, por ejemplo, la IEA (2010b) utiliza un promedio de 4.470 horas o 51%. Un análisis de las estadísticas de energía de la IEA muestra que los factores de planta típicos para sistemas hidroeléctricos existentes están en el intervalo desde bajo el 40% a casi el 60% (EE.UU. 37%, China 42%, India 41%, Rusia 43%, Noruega 49%, Brasil 56%, Canadá 56%). Los factores de planta media para cada continente son; un 32% en Australia / Oceanía, el 35% en Europa, el 43% en Asia, el 47% en América del Norte, el 47% en África y 54% en América Latina. El promedio mundial ponderado en 2009 fue de alrededor del 44% (IJHD, 2010).


La figura 7.4.4 (superior) ilustra el efecto de los factores de planta, en el rango de 30 a 60%, sobre el LCOE de la energía hidroeléctrica en tres escenarios diferentes de costes de inversión: 1000 USD/kW , 2000 USD/kW y 3000 USD/kW. Alguno de los supuestos son que los parámetros incluyen un 2,5% al año de costos de O&M como proporción del coste de la inversión, un ciclo de vida de 60 años de diseño económico, y una tasa de descuento del 7%.







Ciclo de vida: El mayor costo de la energía hidroeléctrica, en particular proyectos de gran escala,  son los costos de construcción de las estructuras civiles con ciclos de vida útil muy largos como presas, túneles, canales, centrales eléctricas, etc. Los equipos eléctricos y mecánicos, con tiempo de vida mucho más corto, por lo general contribuyen menos al costo. Por consiguiente, es común utilizar una vida útil más larga para la energía hidráulica que para otras fuentes de generación de electricidad. Krewitt et al. (2009) utiliza 30 años , IEA WEO 2008 (IEA, 2008a) y Teske et al. (2010) utiliza 40 años y de la IEA (2010b) utiliza 80 años de vida útil para proyectos hidroeléctricos.


Tasa de descuento: La tasa de descuento no es estrictamente un parámetro de rendimiento. Sin embargo, puede tener una influencia decisiva en el LCOE en función de los patrones de gastos e ingresos que típicamente ocurren durante la vida útil de la inversión. Los inversores privados suelen optar por las tasas de descuento de acuerdo a las características de riesgo-rendimiento de sus alternativas de inversión. Una alta tasa de descuento será benéfica para las tecnologías con baja inversión inicial y los altos costes de funcionamiento. Una baja tasa de descuento, generalmente a favor de las fuentes de energía renovable, ya que muchos de ellas, incluida la energía hidroeléctrica, tienen un costo inicial de inversión relativamente altos y bajos costes recurrentes. Este efecto será aún más pronunciado para las tecnologías con una larga vida útil como la hidroeléctrica. En algunos de los estudios, no se indica claramente la tasa de descuento utilizada para calcular el LCOE. Un estudio realizado por el Ministerio Federal de Medio Ambiente, Conservación de la Naturaleza y Seguridad Nuclear de Alemania (BMU, 2008) utiliza un 6%. En la IEA (2010b) los costos de energía se han calculado para los dos tasas de descuento de 5 y 10%. Para la energía hidráulica, un aumento de 5 a 10% de la tasa de descuento se traduce en aumento en el LCOE de casi el 100%. La relación entre la tasa de descuento y el LCOE se ilustra en la figura 7.4.4 (inferior) para las tasas de descuento de 3, 7 y 10% tal como se utiliza en este informe, sobre una serie de factores de planta. Se utilizan supuesto como: los costos de inversión de 2000 USD/kW, O&M de 2,5% del costo de la inversión al año y una vida útil económica de los 60 años.


Futuras tendencias de los costos de los proyectos hidroeléctricos

 

Hay relativamente poca información sobre las tendencias históricas de los costos de energía hidroeléctrica. Dicha información podría ser recopilada por el estudio de un gran número de proyectos que ya están implementados, pero debido a que los proyectos hidroeléctricos son muy específicos a cada sitio, sería difícil identificar tendencias en los costos de los componentes del proyecto a menos que un análisis muy detallado y que requiere mucho tiempo se realice para una gran muestra de proyectos. Por tanto, es difícil presentar las tendencias históricas de los costos de inversión y LCOE.


Como tendencia general, se puede suponer que los proyectos con bajos costos tenderán a ser desarrollado en primer lugar, y una vez que los mejores proyectos han sido desarrollados, los proyectos más costosas se irán desarrollando (hay, sin embargo, muchas barreras y la selección de los proyectos más baratos primero no siempre es posible). En general, esta tendencia general podría dar lugar a un costo creciente gradualmente para proyectos nuevos.


Por otro lado, la innovación tecnológica y las mejoras podrían reducir el costo en el futuro. La evidencia empírica para las reducciones en el costo de componentes específicos de los sistemas de energía hidroeléctrica se muestran, para los costos de construcción de túneles, en la figura 7.4.5. Sin embargo, la evidencia de una tendencia general con respecto al coste de inversión específica de proyectos de energía hidroeléctrica o el costo nivelado de la energía hidroeléctrica no se puede deducir de la información y es muy limitado. Kahouli-Brahmi (2008) encontraron las tasas históricas de aprendizaje en el intervalo de 0,5 a 2% para el costo de inversión de la energía hidroeléctrica (para diferentes tipos de energía hidroeléctrica con mayor o menor alcance regional y períodos de tiempo).




En los estudios incluidos en la tabla 7.4.1b, no hay consenso sobre la evolución de los costes en el futuro. Algunos estudios predicen una disminución gradual de los costos (IEA, 2008b;. Krewitt et al, 2009), otros un aumento gradual y otro ninguna clara tendencia (PNUD / UNDESA / WEC, 2004).


Una razón para esto puede ser la estructura compleja de costos para centrales hidroeléctricas, donde en algunos componentes puede haber una tendencia a la disminución de costos (por ejemplo, los costos de construcción de túneles), mientras que otra puede haber tendencia al aumento de los costos (por ejemplo los costos de mitigación social y ambiental). Esto se explica, por ejemplo, en la Evaluación Mundial de la Energía, donde la conclusión es que estos factores probablemente se equilibran entre sí.


Existe un significativo potencial técnico para el desarrollo de energía hidroeléctrica. Dado que los proyectos hidroeléctricos dependen del sitio específico, este potencial técnico incluye, necesariamente, los proyectos con costos muy variables, probablemente desde menos de  500 USD/kW y hasta más de 5000 USD/kW.


Los costos de inversión basadas en estudios de la tabla 7.4.1a  (reciente) y la tabla 7.4.1b (futuro) están típicamente en el intervalo de 1000 a 3000 USD/kW, aunque las probabilidades de mayor y menor costo existen, como se discutió anteriormente. Dado que diferentes estudios no se ponen de acuerdo sobre las tendencias de costo futuro, el rango de costo actual se asume como normal para el futuro a corto plazo hasta el año 2020. Con los costos de inversión que van desde 1000 a 3000 USD/kW, y factor de planta y costos de O&M como se discuten anteriormente, se pueden calcular valores típicos para el LCOE de la energía hidráulica con distintas tasas de descuento (3, 7 y 10%) y tiempo de vida (40 y 80 años). Los resultados se muestran en la tabla 7.4.2, dando una indicación del LCOE típico para generar energía hidroeléctrica en el futuro a corto plazo hasta el año 2020. Para los resultados presentados en la tabla, los costos de O&M se fijaron en el 2,5% por año y factor de planta en un 45%.





Los valores LCOE en la tabla 7.4.2 se encuentran dentro del rango típico de las estimaciones de costos indicados en la tabla 7.4.1a, pero algo inferior a los valores encontrados por Teske et al. (2010) y Krewitt et al. (2009). Los resultados demuestran que el LCOE es muy sensible a los costos de inversión y tasas de interés, pero menos sensibles al ciclo de vida, dentro del rango de tiempo de vida típico de la energía hidroeléctrica (40 a 80 años). Particularmente los proyectos pequeños se esperaría que tengan mayores costes de inversión en una base de USD/kW, y pueden por lo tanto tender hacia el extremo superior de los valores presentados en la tabla 7.4.2 y puede, en algunos casos, caer por encima de ese intervalo.


Caso Chileno


En la actualidad en chile están operando 41 mini centrales hidroeléctricas aportando un total de 426,55 MW a la red. Existen 17 proyectos en fase de construcción que sumarían otros 120 MW. Además hay 26 proyectos aprobados que podrían entregar un total de 174,44 MW adicionales, y 25 proyectos en calificación que sumarían 160MW. De esta forma, de concretarse todos estos proyectos, se tendría cerca de 900MW de capacidad mini-hidro en la red. Los datos de potencial mini-hidro son dispares. De la Mientras la CNE y la Comisión Nacional de Riego (CNR), establecen potenciales en torno a 1.300 MW, Apemec sugiere que el potencial ronda los 10.000 MW.




Sin embargo algunos proyectos de este tipo han sufrido problemas en cuanto a la conexión al sistema de transmisión, donde el costo de la línea en comparación al de la central puede ser muy relevante. Sin embargo en chile el costo de las mini-hidro es muy competitivo, siendo en promedio similar al de una central térmica, y en algunos casos mejor que otras alternativas incluso más competitivas como la generación hidroeléctrica a gran escala.


Ahora presentaremos algunos proyectos en Chile que están en trámite y/o que han sido aprobados, para dar alguna idea de cómo han evolucionado los costos de inversión.


Los costos de inversión en promedio vemos que se sitúan entre 1,5 - 4 US$ millones/MW. Si comparamos estos datos en relación a los mostrados en la figura 7.4.1a vemos que los costos son similares, lo que demuestra que no ha habido un avance importante en la reducción de estos costos durante la última década. Estos costos confirman lo dicho anteriormente con respecto a la tabla 7.4.2.