Que es el costo nivelado electrico (LCOE)

Resumen Ejecutivo

La tendencia mundial es crear un mundo electrificado, es decir, todo o casi todo funcionando con electricidad mediante cambios de paradigmas, principalmente, en el sector transporte (cambio motor de combustión interna) y la eliminación de las centrales termoeléctricas a carbón. En otras palabras:

Un mundo consumiendo más energía 尥ro con menos emisión de CO2

Lógicamente este cambio de paradigma impactara profundamente el modo de obtener la electricidad, la cual debe cumplir con la premisa de menos emisiones de carbono. A tal efecto, es necesario tener una base común que permita comparación entre las distintas tecnologías generadoras de electricidad, y facilite así la toma de decisiones. En tal sentido, el costo nivelado o costo normalizado o costo equivalente, LCOE, cumple con esta condición.

LCOE, es la valoración económica del costo del sistema de generación de electricidad que incluye todos los costos a lo largo de la vida útil del proyecto: la inversión inicial, operación y mantenimiento, el costo de combustible, costo de capital, etc.

Es importante señalar que, si bien LCOE es una cómoda medida que resume la competitividad global de las diferentes tecnologías de generación, las decisiones de inversión definitiva de la instalación de la planta se ven afectadas por las características tecnológicas y regionales específicas de un proyecto, así como por otros factores relacionados con políticas públicas, tales como las normas ambientales y de inversión o la instauración de créditos fiscales para fuentes de generación específicas. De igual manera la confiabilidad de los valores conocidos de los costos operativos y de capital, la incertidumbre inherente sobre los precios del combustible y las futuras políticas públicas en materia de electricidad, pueden modificar el tipo de tecnología a utilizar en la generación eléctrica.

Del análisis desarrollado en el presente estudio, podemos indicar:

• La tecnología más económica para generar electricidad sigue siendo la hidroelectricidad

• Dentro de los fósiles la generación con turbinas a gas es la más económica

• Las modalidades de la tecnología solar PV compite abiertamente con tecnologías basadas en fósiles

• La turbina SGT 500 abre una posibilidad de masificar el uso de la Orimulsión en la generación eléctrica

• La penalización por la emisión de CO2 de las tecnologías basadas en fósil es una acción positiva en la lucha contra el cambio climático

• Existe una tendencia marcada y necesaria de una mayor utilización de energías amigables al ambiente en la generación de electricidad

Introducción

Cada día, la humanidad tiende a un mayor uso de la energía primaria para obtener la energía secundaria más utilizada como es la electricidad. Sin embargo, la oficina de la ONU que estudia el desarrollo de la población a nivel mundial como es el PNUD, indica que más de 1600 millones de personas no conocen la electricidad, es decir, el 22 % de la población mundial.

Por otra parte, la Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en ingles), emitió el 15-06-15, su ultima prospectiva[1]denominada "Escenario de Transición", en el cual presenta un conjunto de medidas tendientes a mitigar la emisión de CO2. La prospectiva propone una estrategia a corto plazo, sobre la base de las tecnologías disponibles y de cinco políticas cuantificables:

• Aumentar la eficiencia energética en la industria, los edificios y el transporte.

• Reducir progresivamente el uso de las plantas eléctricas de carbón menos eficientes y la prohibición de su construcción.

• Aumentar la inversión en energías renovables a $ 400 mil millones en 2030.

• Eliminar gradualmente los subsidios al consumo de combustibles fósiles.

• Reducir las emisiones de metano procedentes de la producción de petróleo y gas.

El resultado de esta prospectiva se refleja de manera clara y precisa en la grafica a continuación, aun sin incluir las acciones decididas por el G7 y el marco direccional de la encíclica papal titulada Laudato Si (Alabado Sea) (Ver ANEXO I)

La generación eléctrica crece 7.5 TKwh en el periodo (2013 – 2035), es decir, un crecimiento interanual del 1.3 %. Tal crecimiento, es absorbido en un 86.7 % por la generación proveniente de las energías renovables. El balance neto de la generación eléctrica con base fósil viene dado por: un decremento en carbón de 2.1 TKwh, un decremento en petróleo de 0.6 TKwh y un incremento de 2.2 TKwh a gas.

Este repunte de las energías renovables no es al azar. Además de ayudar a combatir el cambio climático, sus costos de generación eléctrica han disminuido considerablemente en los últimos 5 años. Y en esto estarán enfocadas las siguientes páginas de este documento.

¿Qué es el Costo?

El costo es aquel gasto económico que implica la fabricación de un producto o la prestación de un servicio. Una vez que se tiene determinado el costo de producción, se podrá determinar el precio de venta al público consumidor del producto o servicio en cuestión. En tanto, el precio del público será la suma del costo más el beneficio que se procura.

El costo de un producto estará conformado a su vez por diferentes precios como son: el precio de la materia prima que se emplea para producirlo, el precio de la mano de obra directa que se encontrará implicada en la producción, el precio de la mano de obra indirecta que se necesite emplear para el funcionamiento de la compañía y por último el costo de amortización de la maquinaria y del edificio implicado en la producción.

Dentro de todo análisis de costo debe considerarse el precio de venta del competidor o competidores que suministran un mismo bien o prestan un mismo servicio, de tal manera que el precio sea competitivo, sin perder la oportunidad de seguir en el negocio. Si el precio es demasiado alto, el bien no se vende. Y si es bajo, no garantiza la permanencia de la empresa en el mercado. Así que la gerencia del costo y del precio es todo un arte económico que requiere de un equilibrio que permita la sobrevivencia de la empresa.

Analizar los costos es una actividad que marcará el éxito futuro de cualquier administración, ya que a través del análisis de los mismos se podrá conocer el qué, el dónde, cuando, en qué, el cómo y el porqué de todo aquello que en materia económica acontece en un negocio.

En resumidas cuentas, el costo es el equivalente al esfuerzo económico invertido con la misión de lograr un objetivo operativo, el pago de salarios, la compra de la materia prima, la consecución de inversiones, la administración, entre otros. Cuando la empresa o el comercio no logra llegar a ese objetivo se podrá hablar de pérdidas y a partir de allí analizar nuevas variables para remontar la situación, si es que ello aún es posible.

Otro aspecto donde se utiliza el costo es en el análisis económico de proyectos para producir un bien, ya que puede haber diferentes tecnologías, metodologías, energías, insumos básicos, etc. para la obtención de este. En este caso, la metodología del análisis del costo debe tener la misma base. A esto es a lo que se le denomina costo nivelado o equivalente.

Costo nivelado de la electricidad

La generación de electricidad puede obtenerse de diferentes fuentes energéticas y de aplicación de diferentes tecnologías con una misma fuente energética. Esto conlleva a utilizar análisis comparativos para medir las ventajas económicas de una fuente energética con respecto a otra.

El costo nivelado de la electricidad, también conocido como costo normalizado o costo equivalente, (abreviado como LCOE por sus siglas en inglés) es la valoración económica del costo del sistema de generación de electricidad que incluye todos los costos a lo largo de la vida útil del proyecto: la inversión inicial, operación y mantenimiento, el costo de combustible, costo de capital, etc.

El conocimiento del LCOE es una herramienta útil para la comparación de los costos unitarios de diferentes tecnologías. Este corresponde al costo de un inversionista asumiendo la certeza de los costos de producción y la estabilidad de precios de la electricidad. En otras palabras, la tasa de descuento utilizada en los cálculos LCOE refleja el rendimiento del capital para un inversionista en un escenario de ausencia de riesgos de mercado específicos o de tecnología. Por otra parte, el LCOE es el valor más cercano al costo real de la inversión, tanto en la producción de electricidad en monopolios de mercados regulados de electricidad con garantías de préstamos, como en escenarios de precios regulados en mercados competitivos.

Una crítica al LCOE, es que deja a un lado los costos de integración, puesto que estos no son pagados por el generador, sino más bien por el sistema. Los costos de integración son aquellos costos relacionados a la incorporación al sistema de recursos de generación adicionales. Un error común es que sólo las energías renovables (solar, eólica) tienen costos de integración porque son fuentes de generación variables y necesitan el respaldo de centrales que queman combustibles fósiles. Sin embargo, la realidad es más compleja. A pesar de que la generación termoeléctrica es despachable, tienen una probabilidad de interrupción finita lo cual significa que el sistema debe cargar con reservas considerables para mantener la fiabilidad. El suministro de estos recursos y el costo de cumplir con los estándares de fiabilidad a menudo se incluyen implícitamente en la línea de base, pero esto da una imagen incompleta de los costos al planificar la matriz futura. Para tratar todos los recursos energéticos de una manera equiparable es necesario incorporar el costo de integrar centrales termales, así como los numerosos costos "ocultos" asociados con los recursos energéticos.

Metodología del Costo Nivelado

El costo nivelado de energía representa un costo constante por unidad de generación, que se calcula para comparar el costo de generación de diferentes tecnologías. El LCOE se calcula mediante la creación de un modelo específico para cada proyecto. Su estandarización se puede lograr mediante la aplicación de una hoja Excel.

La ecuación mostrada en la grafica es el corazón del modelo del cálculo de LCOE, al cual se le pueden agregar variantes pero siempre debe tener como datos principales los indicados en la tabla a continuación.

Típicamente el costo nivelado de la energía se calcula para el periodo del horizonte económico, el cual estará en función de la vida útil de la instalación para producir electricidad, y se da en unidades monetarias por kilovatio-hora, por megavatio – hora ($/Kwh, $/Mwh). Se debe tener cuidado con la comparación de diferentes estudios del LCOE y las fuentes de la información, ya que el LCOE para una determinada fuente de energía es altamente dependiente de los supuestos, condiciones de financiación y la tecnología utilizada. Por lo tanto, un requisito clave para el análisis es una declaración clara de la aplicabilidad del análisis basado en supuestos justificados (premisas).

El modelo se utiliza para calcular el precio de la generación de la electricidad para obtener un determinado retorno sobre el capital invertido. En otras palabras, el LCOE es el precio en $/Mwh en el primer año de un proyecto que, al verse incrementado por la inflación a lo largo de la duración del proyecto, proporciona una Tasa Interna de Retorno (TIR), que no es más que la tasa de descuento utilizada en la evaluación económica, al aplicar el método de Flujo de Caja Descontado. De esta forma, el LCOE llega a ser representativo de un proceso competitivo de licitación de contratos de generación de electricidad.

Insumos clave para el cálculo de LCOE incluyen los costos de capital, costos de combustible, fijo y variable de operación y mantenimiento (O & M) los costos, los costos de financiamiento, y un factor de operación. Todos estos insumos varían entre las tecnologías. Para la generación eléctrica con energía solar y eólica que no tienen los costos de combustible y relativamente pequeños los costos variables de operación y mantenimiento, el LCOE cambia en proporción aproximada al costo del capital estimado para instalar la capacidad de generación. Para las tecnologías con un costo significativo de combustible, tanto el costo de combustible y las estimaciones de costos "overnight"[2] afectan significativamente el LCOE. La disponibilidad de diversos incentivos, incluyendo estado o créditos fiscales federales, puede también afectar el cálculo de LCOE. Al igual que con cualquier proyección, existe incertidumbre acerca de todos estos factores y sus valores pueden variar, tanto a nivel regional como a través del tiempo cuando las tecnologías evolucionan y cambian los precios del combustible.

Es importante señalar que, si bien LCOE es una cómoda medida que resume la competitividad global de las diferentes tecnologías de generación, las decisiones de inversión definitiva de la instalación de la planta se ven afectados por las características tecnológicas y regionales específicas de un proyecto, así como por otros factores como el de utilización o carga proyectada, la cual va a depender de si es base o pico, o de la mezcla de recursos existente en una zona donde se necesita capacidad adicional. La mezcla de recursos existente en una región puede afectar directamente la viabilidad económica de una nueva inversión a través de su efecto sobre la economía asociada a estos. Por ejemplo, un recurso eólico que desplazaría principalmente la generación con gas natural existente por lo general tienen un valor económico diferente que uno que desplazaría la generación con carbón.

Aspectos relacionados con las políticas, tales como las normas ambientales y de inversión o de producción créditos fiscales para fuentes de generación específicas, también pueden afectar las decisiones de inversión.

Por último, aunque los cálculos de LCOE se hacen generalmente usando valores conocidos de los costos operativos y de capital, la incertidumbre inherente sobre los precios del combustible y las futuras políticas públicas en materia de electricidad, pueden ahuyentar las inversiones.

Resultados

Para la realización de los cálculos de LCOE se tomaron las siguientes premisas:

• La data utilizada es producto de recopilación en diferentes fuentes[3]tomando el valor promedio a nivel mundial y el más reciente. En menor cuantía, la data más vieja corresponde al año 2013 (Ver ANEXO III).

• Se utilizo un precio de 50 dólares por tonelada métrica de emisión de CO2. Este concepto de penalización es con el fin de equiparar las tecnologías con base de combustibles fósiles con las tecnologías de energías renovables, o que no emiten CO2

• Los cálculos contemplan una tasa de descuento (TIR) de cero %. Esto con el fin de hacer una comparación más técnica que económica. Igual ocurre con la tasa de Impuesto sobre la Renta (IM).

La grafica a continuación muestra los resultados obtenidos para 27 tipos de tecnologías, y ordenada por LCEO de menor a mayor. Igualmente, presenta el "costo overnight" en $/Kw para cada tecnología.

La tecnología con menor LCOE es la de pequeñas hidroeléctricas con 40.45 $/Mwh. La de mayor LCOE es la correspondiente a la de residuos sólidos municipales con 1220.6 $/Mwh. En lo atinente a la inversión ($/Kw) el de menor valor es la tecnología Turbinas a Gas Avanzadas (TGA) con 562 $/Kw. La de mayor corresponde a la de residuos sólidos municipales con 8320 $/Kw.

En las primeras 15,

• No se encuentra ninguna tecnología a carbón, pero si todas las asociadas a las tecnologías hidroeléctricas

• Están todas las tecnologías a gas, exceptuando la correspondiente a ciclo combinado integral

• Están todas las solares, exceptuando la solar térmica

• La solar PV muestra LCEO por debajo de 100 $/Mwh, lo que la hace competitiva con la tecnología turbinas a gas

• El combustible orimulsión ocupa el lugar Nro. 7, al ser utilizado como quema directa en turbinas del tipo SGT 500

Con el objeto de darle amplitud al análisis aquí presentado, se hicieron sensibilidades para medir el impacto de variación de los parámetros mas importantes.

La grafica a continuación presenta la variación del LCOE en función de la variación de la inversión y el costo del combustible (Ver ANEXO II) para las tecnologías de gas convencional y carbón pulverizado por ser estas las de menor costo en su tipo y las de mayor utilización.

Se observa que para una variación del costo de inversión, hay poca variación del costo nivelado. Mientras que una variación del costo del combustible resulta con una marcada variación del LCOE, lo cual es de esperar debido a que el precio del carbón y el gas, participan con el 42 y 75 %, respectivamente, en el costo de generación eléctrica para este tipo de tecnologías.

Otro factor a explorar su variabilidad es el concerniente al costo de la emisión de CO2, el cual tiene alto impacto en tecnologías que utilizan combustibles fósiles. Para un costo (impuesto) de 50 $/TMCO2, el impacto en tecnología con gas convencional resulta en un incremento en el LCOE de 78.3 %. Es decir, al pasar de 41.1 $/Mwh sin el impuesto de emisión a 73.3 $/Mwh con el impuesto. Para el caso del carbón, el incremento del LCOE es de 36.7 %, con valores de 125.2 $/Mwh sin impuesto y de 171.2 $/Mwh con impuesto.

La grafica a continuación, presenta una comparación del LCOE de las tecnologías que utilizan de energías fósiles en la generación eléctrica y las tecnologías que no producen emisiones de CO2. Se tomaron de la "amigables al ambiente" a la solar concentrada y la solar marina, por tener estas los mayores LCOE dentro de estos tipos de tecnologías.

Se observa que para valores del costo de la tonelada métrica de CO2 superiores a 175 $/TMCO2, la tecnología nuclear se hace más atractiva que la tecnología a carbón. Para el caso de la solar concentrada y la eólica marina, valores superiores a 100 $/TMCO2, desplazarían al carbón.

Para el caso del gas convencional, se necesitan alcanzar valores de la tonelada métrica de CO2 superiores a 270 para descartar la tecnología a gas y usar eólica y solar.

La aplicación de un impuesto a la emisión de CO2 se vislumbra venir, sobre todo en los países desarrollados, con el objeto de restringir la instalación de plantas termoeléctricas con base en combustibles fósiles, y dentro de estas las que utilicen carbón, y así ayudar a resolver la problemática del cambio climático.

Conclusiones

Los aspectos resaltantes de este documento son:

• El método del LCEO es una vía para comparar, sobre una misma base, distintas tecnologías para la generación de electricidad

• El cálculo del LCEO por estar influenciado por valores con alto criterio de subjetividad e incertidumbre debe ser tomado como una guía en la toma de decisiones

• La tecnología más económica para generar electricidad sigue siendo la hidroelectricidad

• Dentro de los fósiles la generación con turbinas a gas es la más económica

• Las modalidades de la tecnología solar PV compite abiertamente con tecnologías basadas en fósiles

• La turbina SGT 500 abre una posibilidad de masificar el uso de la Orimulsión en la generación eléctrica

• La penalización por la emisión de CO2 de las tecnologías basadas en fósil es una acción positiva en la lucha contra el cambio climático

• Existe una tendencia marcada y necesaria de una mayor utilización de energías amigables al ambiente en la generación de electricidad

Anexos

ANEXO I

ANEXO II

ANEXO III