ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA

ESTUDIO DE VIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA DE UN
PARQUE EÓLICO DE 40MW DE POTENCIA
RESUMEN
Autor:
JUAN MANUEL MOLINA MEDINA
Director:
MIGUEL VILLARRUBIA
Convocatoria: EXTRAORDINARIA PRIMAVERA 2012
Màster Interuniversitari UB-UPC
d’Enginyeria en Energia
Estudio de viabilidad Técnico Económico de un parque eólico de 40MW
1.-Objetivos principales del proyecto
Dentro del programa del Máster de Ingeniería en Energía se han abordado de un modo generalista el
estado del arte y las tecnologías asociadas a las principales fuentes de energía actuales; haciendo
hincapié en los métodos de producción y en las repercusiones socio-económicas asociadas a cada una
de ellas.
Intentaré, de un modo didáctico educativo, profundizar en el análisis de unas de las principales fuentes
de renovable: la energía eólica. Y dentro de las distintas variantes de generación energética que hay en
el campo de la eólica, se ha seleccionado una de las más comunes e implantadas en el mundo: el
parque con generadores eólicos terrestres.
Se ha definido de partida una energía instalada de 40MW, que viene a ser un tamaño medio y bastante
común entre los construidos en nuestro país.
La caracterización del viento es una de las partes más importantes de un proyecto eólico, por lo que
dedicaré parte del tiempo a seleccionar un modelo de viento estándar de los que pueden permitir que el
proyecto sea viable.
Existe una expresión matemática que refleja la densidad de distribución de velocidades de viento:
Densidad de probabilidad Weibull p(v)
v
velocidad del viento (m/s)
p(v) función densidad de probabilidad
de Weibull
c
factor de escala(m/s), valor que
suele ser próximo a la velocidad media
k
factor de forma que caracteriza la
asimetría o sesgo de la función
probabilidad
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0
5
k=
2
10
15
c=
20
25
8
Se hace una búsqueda de los principales parámetros de los modelos de aerogenerador existentes en los
parques eólicos ya implantados. Seleccionamos VESTAS V90 y GAMESA G90.
Trabajaré el cálculo matemático de la energía producida por varios modelos de aerogenerador,
intentando hacer una selección justificada de entre los más comunes del mercado. Sin olvidar incluir
criterios económicos en cada una de las decisiones que tome.
La distancia de interconexión a la red de alta tensión queda definida una vez que se fija el
emplazamiento del parque. Buscaré una ubicación con potencial definido por el mapa eólico.
Investigaré desgloses económicos de parques eólicos para poder describir una memoria económica
propia. Sin duda que el análisis de la viabilidad del proyecto centrará gran parte de los esfuerzos.
Con todos esos datos podemos calcular un coste de explotación y uno de producción, que nos
permitirán hacer algunos cálculos básicos de rentabilidad.
Veremos exactamente cuál es el payback del proyecto de una forma teórica y las rentabilidades medias
del proyecto.
Juan Manuel Molina Medina
2
Abril 2012
Estudio de viabilidad Técnico Económico de un parque eólico de 40MW
En vista de que muchos proyectos eólicos rozan el límite de viabilidad, haré un estudio de sensibilidad
de los factores principales que la determinan dicha viabilidad: los tipos de interés, la velocidad del
viento media anual; y el precio de venta de la energía producida.
Será necesario definir unas condiciones de financiación del proyecto alineadas con la situación actual
económica. De los parámetros de intereses dependerá que tengamos o no un proyecto rentable.
2.-Caracterización de las condiciones de viento
El valor de velocidad media elegido sería de 5,8 m/s a 10m de altura, que permite obtener velocidades
por encima de los 7m/s a la altura del buje.
Histograma de velocidades del viento (periodo anual 8760 h)
v
v’
α
1,200
velocidad del viento (m/s) a la
altura z
1,000
velocidad del viento (m/s) a la
altura z’
Parámetro relacionado con la
rugosidad del terreno (α =1/7 en
nuestro caso)
800
600
400
200
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425
3.- Selección y caracterización de aerogeneradores más comunes
Nos decantamos por los modelos de aerogeneradores de los 2 principales fabricantes que
comercializan sus productos en nuestro país:
GAMESA
 G90-2.0 MW
vs
VESTAS  V90-2.0 MW
2000
1800
VESTA es una compañía alemana con 110
años de historia. GAMESA tiene su sede en
Madrid. Estas son las curvas de potencia de
ambos generadores que vamos utilizar en
nuestro estudio.
1600
1400
1200
G90
1000
V90
800
600
400
Trabajaremos con la torre a 100m que suele
ser la habitual en las instalaciones actuales.
200
0
4
6
8
10
12
14
4.- Calculo de la energía producida
Para el cálculo de la energía producida necesitamos esos 2 parámetros descritos:
A.- un histograma de velocidades que caracterizan el viento
Juan Manuel Molina Medina
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Abril 2012
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18
Estudio de viabilidad Técnico Económico de un parque eólico de 40MW
B.- la relación velocidad / potencia del aerogenerador en cuestión
v (m/s)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
GAMESA G90
Potenca (kW)
Horas año
248,5
475,9
664,4
800,9
879,6
901,0
871,9
803,0
707,4
598,0
486,2
381,0
288,1
210,4
148,5
101,4
67,0
42,9
26,6
16,0
9,3
5,2
2,9
1,5
0,8
0
0
21,3
84,9
197,3
363,8
594,9
900,8
1274,4
1633
1863
1960,4
1990,4
1997,9
1999,6
1999,9
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
G90
Producción (kWh)
0,00
0,00
12093,77
59078,55
153994,04
298475,51
486931,60
703426,58
912360,36
1033392,49
1007137,80
876509,85
713518,67
557259,44
421470,64
309586,31
221103,81
153612,61
103862,39
68364,13
43818,19
27355,08
16636,67
9858,63
5693,18
G90
GAMESA G87
Potenca (kW)
0
0
21,3
80
180
340
550
830
1150
1500
1770
1920
1990,4
1997,9
1999,6
1999,9
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
2000
8.195.540
8.195.540
163.910.806
163.910.806
x20
aerogeneradores
x20 aerogeneradores
Factor de carga
G87
Horas año
248,5
475,9
664,4
800,9
879,6
901,0
871,9
803,0
707,4
598,0
486,2
381,0
288,1
210,4
148,5
101,4
67,0
42,9
26,6
16,0
9,3
5,2
2,9
1,5
0,8
Producción (kWh)
0,00
0,00
12093,77
55668,83
140491,27
278949,07
450180,50
648139,50
823300,70
949227,64
956862,00
858446,70
713518,67
557259,44
421470,64
309586,31
221103,81
153612,61
103862,39
68364,13
43818,19
27355,08
16636,67
9858,63
5693,18
G87
7.825.500
9,114
2
V90
7.825.500
156.509.995
156.509.995
x20
x20 aerogeneradores
aerogeneradores
0,47 Factor de carga
c
k
Veamos por tanto una tabla
donde representar las distintas
generaciones eléctricas que se
producen en cada rango de
velocidades así como el factor
de carga de cada uno de los
modelos.
0,45
c
k
7.812.617
156.252.337
x20 aerogeneradores
Factor de carga
9,114
2
0,45
c
k
9,114
2
5.- Costes de inversión y producción
RESUMEN DE COSTES DE INVERSIÓN DEL PROYECTO
Apartado
Concepto
Precio
%
1. Aerogeneradores
38.000.000 €
76,3%
2. Equipos eléctricos
4.725.000 €
9,5%
3. Obra civil
3.400.000 €
6,8%
4. Infraestructuras eléctricas y de comunicaciones
1.250.000 €
2,5%
5. Documentación y proyectos
2.409.000 €
4,8%
Total presupuesto
Precio/kW
instalado
49.784.000 €
1.245 €
En un estudio de viabilidad económica de un parque eólico es necesario conocer cuánto vale producir
cada unidad de energía eléctrica (kWh) y se compone de dos conceptos básicos:
RESUMEN DE COSTES DE EXPLOTACIÓN DEL PROYECTO
Apartado
Concepto
Precio
1. Operación y mantenimiento
Juan Manuel Molina Medina
810.000 €
4
%
60%
Abril 2012
Estudio de viabilidad Técnico Económico de un parque eólico de 40MW
2. Alquiler de terrenos
216.000 €
16%
3. Gestión y administración
153.000 €
11%
4. Seguros e impuestos
180.000 €
13%
Total coste anual de
explotación
Coste de explotación
(c€/kWh)
1.359.000 €
0,94 c€/kWh
Para poder calcular los costes de financiación hay que plantear una serie de datos iniciales:
Escenario técnico energético
-La potencia instalada por medio de 20 aerogeneradores de 2MW de potencia
-Velocidad media <v> a la atura del buje (100m)
40 MW
8,337m/s
-Factor de carga para el aerogenerador GAMESA G90
0,41
-Factor de carga para el aerogenerador VESTAS V90
0,39
Escenario económico
-Suponemos que la inversión la hacemos en año 0. En año 1 ya hay gastos e ingresos
-Suponemos una inflación constante de anual durante los 20 años de la operación
2,5%
-El interés financiero de la operación será fijo
6%
-Valor residual del campo eólico tras los 20 años de operación / Coste Inversión
20%
-Valor Residual (unidad monetaria Nominal año 20 de explotación)
9.956.800 €
-El coste de explotación a una <v> de 8,33m/s en el buje
0,94 c€/kWh
-El coste de inversión unitario
1.245€/kW
Con un interés del 6% y sin tener en cuenta el efecto de la inflación, los pagos a la financiera o grupo
de inversores serían siempre constantes a lo largo de los años. Inversión año "0" =
𝟒𝟗. 𝟕𝟖𝟒. 𝟎𝟎𝟎 € → 𝟐𝟎 𝐚ñ𝐨𝐬 → Gasto Financiero 𝟑𝟓. 𝟖𝟏𝟔. 𝟑𝟐𝟗 €
Coste Financiero unitario =
Gasto Financiero anual
Producción eléctrica anual
Juan Manuel Molina Medina
= 𝟏, 𝟎𝟗 𝐜€/𝐤𝐖𝐡
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Abril 2012
Estudio de viabilidad Técnico Económico de un parque eólico de 40MW
Consideramos que existe un efecto inflación en el desarrollo de cálculo. Tenemos en este caso que
evaluar que a lo largo de los años un mismo capital rinde menos que el anterior y en un porcentaje que
viene fijado por ese ratio de inflación.
Inflación (g)
2,5
Interés (k)
6
Tasa descuento real con inflación
2,50%
6%
8,65
En la siguiente tabla se muestran esos cálculos parciales necesarios para la expresión del coste unitario
de producción.
Año "j"
Fj
OM
OMj
Fj + OMj
Coste financiero
referiro al año "j"
(valor nominal)
Coste de
explotación (valor
nominal)
Coste de explotación
referido al año "j"
Suma anual de costes
de producción ref. al
año "0"
0
1
2.987.040
1.359.000
1.399.770
4.037.561
2
2.987.040
1.359.000
1.441.763
3.751.690
…
……
……
…….
……
20
2.987.040
1.359.000
2.454.505
1.035.446
59.740.800
27.180.000
37.612.344
44.221.482
6.- Viabilidad económica del proyecto
En un estudio de viabilidad económica son muchos los personajes que entran en escena.
1.- Precio de venta de la energía eléctrica producida.
2.- Velocidad media del viento <v>
3.- Interés financiero (ratio k)
Nosotros vamos a considerar una tasa de crecimiento del precio de compra de electricidad del 3%
anual fija para nuestro estudio a 20 años. Trasladaremos las cantidades al año 0 de inversión.
A0=Aj(1+r)-n
donde A0 es el valor en año “0” y Aj el que tiene “j” años después.
Las variables de nuestro estudio serán:
k
c
g
z
Precio kWh
6,0%
9,11 m/s
2,5%
3,0%
8,127 c/kWh
Juan Manuel Molina Medina
Interés financiero
parámetro de cálculo para Weibull
Inflación
Tasa crecimiento precio electricidad y costes OM
Tarifa regulada (precio fijo compra electricidad)
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Abril 2012
Estudio de viabilidad Técnico Económico de un parque eólico de 40MW
de los cuales se calcula automáticamente los siguientes:
0,41
FC
8,65%
r
49.784.000 €
Inversión
2,99 c/kWh
c
Rentabilidad
5,75%
media anual
Para todos estos valores de partida, la cuenta
siguiente modo:
Año
Inversión
Producción
kWh
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
49.784.000 €
-
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
163.813.116
Venta recurso
energético
(año "0")
12.620.787 €
11.964.483 €
11.342.307 €
10.752.487 €
10.193.337 €
9.663.265 €
9.160.758 €
8.684.381 €
8.232.778 €
7.804.658 €
7.398.801 €
7.014.050 €
6.649.307 €
6.303.530 €
5.975.735 €
5.664.986 €
5.370.396 €
5.091.126 €
4.826.378 €
4.575.397 €
OMj
(nominal)
1.359.000 €
1.399.770 €
1.441.763 €
1.485.016 €
1.529.566 €
1.575.453 €
1.622.717 €
1.671.399 €
1.721.541 €
1.773.187 €
1.826.382 €
1.881.174 €
1.937.609 €
1.995.737 €
2.055.609 €
2.117.278 €
2.180.796 €
2.246.220 €
2.313.607 €
2.383.015 €
(FJ + OMJ)
referido al
año "0"
4.000.037 €
3.716.117 €
3.453.005 €
3.209.137 €
2.983.071 €
2.773.473 €
2.579.110 €
2.398.847 €
2.231.631 €
2.076.492 €
1.932.533 €
1.798.924 €
1.674.900 €
1.559.751 €
1.452.823 €
1.353.512 €
1.261.256 €
1.175.539 €
1.095.882 €
1.021.843 €
Factor de carga
Tasa real de descuento incluida inflación
Coste unitario de producción
de resultados referida al año de inversión queda del
VAN
Rentabilidad
Variación
(Valor Actual Neto
anual de la
anual
)
inversión
(año
"0") €
inicial
49.784.000
0
0,0%
41.163.250 €
8.620.750 €
17,3%
32.914.884 €
8.248.366 €
16,6%
25.025.582 €
7.889.303 €
15,8%
17.482.233 €
7.543.349 €
15,2%
10.271.966 €
7.210.266 €
14,5%
3.382.174 €
6.889.793 €
13,8%
3.199.474 €
6.581.647 €
13,2%
9.485.008 €
6.285.534 €
12,6%
15.486.154 €
6.001.146 €
12,1%
21.214.320 €
5.728.166 €
11,5%
26.680.588 €
5.466.268 €
11,0%
31.895.714 €
5.215.126 €
10,5%
36.870.121 €
4.974.407 €
10,0%
41.613.900 €
4.743.779 €
9,5%
46.136.812 €
4.522.912 €
9,1%
50.448.286 €
4.311.474 €
8,7%
54.557.426 €
4.109.140 €
8,3%
58.473.013 €
3.915.586 €
7,9%
62.203.508 €
3.730.495 €
7,5%
65.757.063 €
3.553.554 €
7,1%
Vemos que el PAYBACK de la inversión
esta en 6 años. Una
suma del 232% de
rentabilidad quiere decir
que, restando el gasto de
la
inversión
inicial
(100%) obtenemos un
132 % de rentabilidad en
20 años, o lo que es lo
mismo, una rentabilidad
media
anual
del
proyecto del 6,60%.
A.- Sensibilidad del VAN respecto al tipo de interés (k)
Análisis sensibilidad - [Interes k]
Cash Flow
120
Año
3
4
5
6
7
8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Pay-Back
-49.784.000
-39.497.507
-29.421.706
-19.553.580
-9.890.075
-428.105
8.835.443
17.903.698
26.779.806
35.466.921
43.968.199
52.286.799
60.425.873
68.388.566
76.178.011
83.797.327
91.249.614
98.537.953
105.665.403
112.634.996
119.449.738
-49.784.000
-40.063.433
-30.618.567
-21.443.348
-12.531.723
-3.877.653
4.524.871
12.681.825
20.599.137
28.282.682
35.738.272
42.971.656
49.988.505
56.794.415
63.394.897
69.795.377
76.001.193
82.017.587
87.849.708
93.502.609
98.981.245
-49.784.000
-40.618.579
-31.782.556
-23.266.344
-15.060.444
-7.155.463
457.865
7.788.670
14.845.931
21.638.462
28.174.909
34.463.740
40.513.238
46.331.498
51.926.421
57.305.713
62.476.885
67.447.246
72.223.909
76.813.789
81.223.602
-49.784.000
-41.163.250
-32.914.884
-25.025.582
-17.482.233
-10.271.966
-3.382.174
3.199.474
9.485.008
15.486.154
21.214.320
26.680.588
31.895.714
36.870.121
41.613.900
46.136.812
50.448.286
54.557.426
58.473.013
62.203.508
65.757.063
-49.784.000
-41.697.741
-34.016.710
-26.723.911
-19.802.708
-13.236.857
-7.010.544
-1.108.404
4.484.463
9.782.473
14.799.556
19.549.145
24.044.183
28.297.116
32.319.904
36.124.021
39.720.469
43.119.782
46.332.040
49.366.877
52.233.497
-49.784.000
-42.222.334
-35.089.136
-28.364.030
-22.027.141
-16.059.156
-10.441.364
-5.155.680
-184.674
4.488.423
8.879.705
13.004.596
16.877.850
20.513.562
23.925.172
27.125.486
30.126.688
32.940.357
35.577.485
38.048.500
40.363.281
5
12,00
5
9,91
5
8,16
6
6,60
7
5,52
8
4,05
% rentab
Juan Manuel Molina Medina
100
80
60
40
Millones €
9
20
Abril 2012
5
6
7
-20
8
-60
7
4
0
-40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
3
Estudio de viabilidad Técnico Económico de un parque eólico de 40MW
Pasamos de tener Pay-Backs de 5 a 8 con rentabilidades anuales medias de entre 12% y el 4,5%
respectivamente.
B.- Sensibilidad respecto al precio del kWh
C.- Sensibilidad respecto <v>
120
6,0000
80
80
8,1270
60
60
40
40
10,5000
20
0
Millones €
100
7,9103
9,4273
Millones €
120
100
7,0000
20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
7
7,5
8,07
0
9
-20
-20
9,5
-40
-40
-60
0
6,5
-60
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
7.- Conclusiones
Sin una participación del estado, no sería posible el desarrollo de la tecnología eólica, tal y como la
conocemos hoy en día, que ha conseguido que los escenarios de rentabilidad sean cada vez más
favorables. En una escalada de precios de los hidrocarburos, acompañada de una optimización de la
tecnología se podría llegar a hablar de la Energía Eólica como una fuente energética rentable sin
necesidad de ayudas estatales.
La viabilidad económica a día de hoy pasa por una buena elección de los factores que más influyen en
la rentabilidad del proyecto: velocidad del viento en el buje por encima de los 7m/s, intereses
financieros que no superen el 7% y pecios de compra de la energía eólica que aumenten en la misma
proporción que lo vaya haciendo la inflación.
De los factores que elegimos en el análisis de sensibilidad, vemos que la velocidad del viento tiene una
influencia muy grande en la rentabilidad del proyecto. Una variación del 5% en este valor, hace que la
rentabilidad varíe en un ±1,5%.
La variación de un 1% en los intereses financieros hace que perdamos o ganemos un 2% en
rentabilidad. Respecto al precio de compra, de estar en el límite máximo fijado en el mercado
organizado de las energías renovables, al mínimo (1,5c€/kWh menos), hace que perdamos hasta un 3%
de rentabilidad.
La variación del aerogenerador del GAMESA G90 al VESTAS V90 nos hace pasar de 6,6% de
rentabilidad a 5,84%, a
Juan Manuel Molina Medina
8
Abril 2012