682 - LAS/ANS

Simposio LAS/ANS 2007 / 2007 LAS/ANS Symposium
XVIII Congreso Anual de la SNM / XVIII SNM Annual Meeting
XXV Reunión Anual de la SMSR / XXV SMSR Annual Meeting
Copatrocinado por la AMEE / Co-sponsored by AMEE
Cancún, Quintana Roo, MÉXICO, del 1 al 5 de Julio 2007 / Cancun, Quintana Roo, MEXICO, July 1-5, 2007
Internalización de Externalidades en los Costos de Generación
de Centrales Eléctricas de Carbón, Ciclo Combinado y Nucleares.
María del Carmen Gómez R1., Javier Palacios H2., Ramón Ramírez S2, Gustavo Alonso V2.
1
Universidad Anáhuac del Norte
2
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares
Carretera México-Toluca Km. 36.5 Ocoyoacac 52750 Edo. deMéxico
[email protected] ; [email protected]; [email protected]; [email protected]
Resumen
Las tecnologías de generación de energía eléctrica que utilizan combustibles fósiles,
incorporan en el Costo Total Nivelado de Generación (CTNG) únicamente los costos
directos de generación (inversión, costos del combustible, costos de operación y
mantenimiento). No obstante, la energía nuclear incorpora además de los costos directos,
las externalidades que ocasiona a la salud humana y al medioambiente. En este trabajo se
calcula el CTNG, que incorpora las externalidades, de una central termoeléctrica de
carbón, una planta de ciclo combinado y de cuatro reactores de Generación III (ABWR,
ACR, AP1000 y EPR). Los resultados obtenidos muestran que la central nuclear tiene
menores CTNG que las tecnologías que utilizan combustibles fósiles. Es importante
resaltar que únicamente se están considerando las externalidades de la etapa de
generación de electricidad, por lo que la fase de minería y transporte del combustible
hacia la central no se consideran en el presente documento.
1. INTRODUCCIÓN
Desde los 70, ha habido un interés creciente a nivel internacional, en los impactos
medioambientales causados por el sector energético, ya que la mayor parte de los proyectos que
realiza este sector, solo se toman en cuenta los costos directos, olvidándose de los daños que se
ocasionan al bienestar social y al medioambiente. Lo que ha llevado a organismos internacionales
a valuar los costos externos o externalidades de cada una de las tecnologías de generación de
electricidad (como son el lignito, carbón, petróleo, gas natural, celdas solares, hidroeléctricas,
biomasa, viento y nuclear) con el fin de realizar una comparación correcta.
Es importante mencionar, que los costos externos o externalidades, surgen cuando las actividades
económicas y sociales de un grupo de personas tienen un impacto negativo en otro grupo, y este
último, solo recibe una compensación parcial por el impacto recibido (daño) o bien, no recibe
compensación alguna del primer grupo por el daño causado. [1].
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Autor A et al, Título del Trabajo a Presentar…
El presente trabajo incorpora en los CTNG de las centrales de carbón, gas natural, y nucleares;
dos tipos de externalidades en el proceso de generación de electricidad que son: las emisiones de
CO2 y los costos del desmantelamiento de la central.
Las centrales nucleares que generan energía nuclear han incorporado, desde sus inicios, las
externalidades que ocasiona a la salud humana y al medioambiente en los costos totales de
generación (CTNG). No siendo el caso de las tecnologías que utilizan combustibles fósiles para
generar energía eléctrica.
De las tres tecnologías a se analizadas, las centrales de carbón son las que mayores emisiones de
CO2 producen, en la generación de electricidad, seguida de las plantas de ciclo combinado.
Mientras que una central nuclear no emite CO2 al ambiente en su proceso de generación.
Respecto a los costos del desmantelamiento de las centrales, la nuclear tiene mayores costos,
debido al monto de la inversión.
Incluir las externalidades en el CTNG de las centrales permitirá evaluar correctamente nuevos
proyectos de inversión. De no hacerlo, la comparación entre los CTNG de diferentes tecnologías
dificultaría la toma de decisiones, ya que en algunas de ellas no se estarían considerando todos
los costos (externalidades) que tendría la central en su proceso de generación de energía eléctrica.
2. METODOLOGÍA DE CÁLCULO
La metodología que se utilizará es la de costos nivelados, cuyo objetivo es determinar el costo
que tendría la central por cada MWh generado. [2] [3].
En el caso que no se incorporan externalidades, el CTNG se obtiene al sumar los costos nivelados
de inversión (CNI), los costos nivelados del combustible (CNC) y los costos nivelados de
operación y mantenimiento (CNO&M). Más adelante se describe como se incorporan las
externalidades en los CTNG.
El CNI se obtiene al dividir el valor presente de la inversión con intereses entre el valor presente
de la generación neta de la central, e indica los dólares que deben invertirse para generar un MW.
El CNC se calcula al dividir el valor presente de los gastos del combustible entre el valor
presente de la generación neta de la central. El resultado indica los dólares que deben destinarse a
la central, para cubrir los gastos del combustible por cada MWh generado.
El CNO&M se determina al dividir el valor presente de los gastos operativos y de mantenimiento
de la central entre el valor presente de la generación neta. Lo que indica el CNO&M es la
cantidad que tiene que destinarse para cubrir los gastos de O&M por cada MWh generado en la
central.
En el momento que se incorporan las externalidades, el CTNG se incrementa. La primera de las
externalidades a considerar, que son las emisiones CO2, se contabilizan en el CNC. De ahí que el
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CNC tendrá dos componentes, el primero de ellos, serían los gastos del combustible y el segundo
el costo de las externalidades proveniente de las emisiones de CO2.
El cálculo del costo de las emisiones, se obtiene al multiplicar la cantidad de emisiones generadas
en la central por el valor de los “bonos carbón”.
El CNC con externalidades se obtiene al sumar el valor presente de los gastos del combustible y
de los costos de las emisiones de CO2 y dividir dicha suma, entre el valor presente de la
generación neta de la central.
La segunda externalidad a ser considerada, desmantelamiento de la central, se incluye en el
CNO&M, por lo que también tendrá dos componentes. El primero, serían los gastos de operación
y mantenimiento de la central y el segundo los costos del desmantelamiento.
El CNO&M que incorpora externalidades, se calcula al sumar los valores presente de los gastos
de operación y mantenimiento y costos del desmantelamiento, y posteriormente dividirlos entre
el valor presente de la generación neta de la central
El CTNG con externalidades sería la suma del CNI, el CNC con externalidades y el CNO&M
con externalidades.
3. COSTO TOTAL NIVELADO DE GENERACIÓN (CTNG)
El Costo Total Nivelado de Generación (CTNG) es un indicador que se utiliza para determinar la
competitividad de las diferentes tecnologías generadoras de energía eléctrica. Sin embargo,
algunas tecnologías solo incorporan los costos directos de generación, dejando fuera los daños
que pudieran ocasionar a la salud humana y al medioambiente (externalidades) en su proceso de
generación de energía eléctrica.
Cuantificar los daños que pudieran ocasionarse a la salud y medioambiente, e incorporarlos al
CTNG de las centrales, es importante para la toma de decisiones respecto a la tecnología a ser
incorporada para la generación de electricidad.
En el presente documento se calcula el CTNG sin y con externalidades para tres tipos de
tecnologías: central termoeléctrica de carbón, ciclo combinado y nuclear.
El CTNG sin externalidades es la suma de los costos nivelados de inversión (CNI), de los costos
nivelados del combustible (CNC) y de los costos nivelados de operación y mantenimiento
(CNO&M).
En la Tabla 1 se muestran los datos técnicos y económicos que se utilizaron para estimar el
CTNG de una central de carbón, gas natural y 4 reactores de Generación III (ABWR, ACR,
AP1000 y EPR).
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Tabla 1. Datos Relevantes de las Centrales Generadoras de Electricidad
CARBÓN
GAS
ABWR
ACR1
AP1000
EPR
Capacidad (MW)
700
560
1,356
1,506
1,117
1,600
Factor de planta (%)
75%
80%
90%
95%
90%
91%
Usos propios (%)
7.3%
2.8%
3.1%
6.64%
3.1%
3.1%
Costo unitario de inversión (usd/kW)2
1,419
432
1,501
1,150
1,266
1,477
Costos indirectos (%)
12.5%
5.3%
5.3%
5.3%
5.3%
5.3%
Construcción (años)
4
2
4
5
5
5
Vida económica (años)
30
30
40
40
40
40
CONCEPTOS
1
2
Se tomo basado en 2 unidades gemelas de 753 MW, conforme a la información del fabricante.
Los costos unitarios de inversión de las centrales se actualizaron a junio de 2006.
Los datos de las centrales de carbón y gas natural se obtuvieron de la publicación “Costos y
Parámetros de Referencia para la Formulación de Proyectos de Inversión en el Sector Eléctrico”
(COPAR) de CFE del 2005. Los datos de los reactores fueron proporcionados por los fabricantes.
3.1. CTNG sin externalidades
El CTNG sin externalidades no incluye los costos de las emisiones de CO2 que se emiten al
medioambiente en el proceso de generación de electricidad ni los costos del desmantelamiento de
las centrales.
Los supuestos para las centrales de carbón y gas natural son:
Carbón:
• Precio del carbón: 1.769 dólares/mmbtu
• Toneladas de CO2 /MWh: 1.8486
• Precio de los bonos carbón: 12.62 dólares/Ton CO2
Gas natural:
• Precio del gas natural: 5.95 dólares/mmbtu
• Toneladas de CO2 /MWh: 0.3289
• Precio de los bonos carbón: 12.62 dólares/Ton CO2
Cabe señalar, que para obtener las toneladas de CO2 se consideró una combustión del 100% del
carbón alimentado, tanto para el carbón como para el gas natural.
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En la Tabla 2 se muestran los costos nivelados de las centrales objeto de estudio, los cuales están
expresados en dólares de junio del 2006.
Tabla 2. Costo Total Nivelado de Generación sin Externalidades*
Central
CNI
Carbón
Gas
ABWR
ACR
AP1000
EPR
25.81
6.23
18.97
16.05
17.19
19.05
CNC
CNO&M
USD/MWh
17.94
5.94
41.25
3.29
6.99
8.36
4.07
8.34
7.69
8.36
9.87
8.29
CTNG
49.69
50.77
34.32
28.46
33.24
37.22
* Se utilizó una tasa de descuento de 8% anual para descontar los flujos de las centrales analizadas
Con base a la información anterior se puede concluir que las centrales nucleares que incorporen
reactores de Generación III tienen menor CTNG que las alternativas de carbón y ciclo
combinado.
En la Figura 1 se observa que si bien la central de gas natural es la que tiene menor CNI, también
es la que mayores CNC presenta, y dada la volatilidad de los precios del gas, el CTNG puede
incrementarse de manera importante, afectando su viabilidad económica.
Figura 1. Costos Totales Nivelados de Generación sin Externalidades
CTNG Sin Externalidades
(usd/MWh)
60
CNI
CNC
CNO&M
50
40
30
20
10
0
Carbón
Gas
ABWR
ACR
AP1000
EPR
3.2. CTNG con Externalidades
Las externalidades que se incluyen para el cálculo del CTNG son:
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a) Emisiones de CO2 al medioambiente
b) Desmantelamiento de las centrales
La primera de las externalidades se contabiliza en los costos nivelados del combustible y la
segunda, en los costos nivelados de operación y mantenimiento de la central.
Los supuestos que se utilizaron para calcular el CTNG con externalidades son:
•
•
•
Costo de las emisiones de CO2 (“Bonos Carbón”) = 12.62 usd/Ton CO2
Emisiones de CO2 de la central de carbón = 1.8486 Ton CO2/MWh
Emisiones de CO2 de la central de gas = 0.3289 Ton CO2/MWh
En la Figura 2 se muestra el impacto que tienen las emisiones de CO2 en los CNC de la central de
carbón y ciclo combinado. El CNC de la central de carbón se incrementa en 140% y la de ciclo
combinado aumenta en 10%. Mientras que el CNC de las centrales nucleares no se modifica
debido a que no emiten CO2 en su proceso de generación de electricidad.
Figura 2. Costo Nivelado del Combustible sin y con Externalidades
CNC (usd/MWh)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Carbón
Gas
ABWR
ACR
AP1000
EPR
S/E
17.94
41.25
6.99
4.07
7.69
9.87
C/E
43.11
45.51
6.99
4.07
7.69
9.87
En la Figura 3 se muestran los CNO&M sin incluir los gastos de desmantelamiento e
incluyéndolos en cada una de las centrales.
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Figura 3. Costo Nivelado de O&M sin y con Externalidades
CNO&M (usd/MWh)
14
12
10
8
6
4
2
0
Carbón
Gas
ABWR
ACR
S/E
5.94
C/E
6.65
AP1000
EPR
3.29
8.36
3.62
11.79
8.34
8.36
8.29
10
11.28
10.7
En el caso de las centrales de carbón, al incorporar los costos del desmantelamiento, el CNO&M
aumenta cerca de 12%; la de gas natural 10%, y las centrales nucleares 30% en promedio.
En el momento que se incorporan las externalidades al CTNG las centrales nucleares siguen
siendo la mejor opción de inversión por tener el menor CTNG. En la Tabla 3 se presentan el
CTNG con externalidades de cada una de las centrales analizadas.
Tabla 3. Costo Total Nivelado de Generación con Externalidades
Central
CNI
Carbón
Gas
ABWR
ACR
AP1000
EPR
25.81
6.23
18.97
16.05
17.19
19.05
CNC
CNO&M
USD/MWh
43.11
6.65
45.51
3.62
6.99
11.79
4.07
10.00
7.69
11.28
9.87
10.70
CTNG
75.57
55.35
37.74
30.12
36.16
39.63
En la tabla se observa que si bien las centrales nucleares tienen mayores CNO&M, éstos son
significativamente menores a los CNC de las centrales de carbón y gas.
En la Figura 4 se muestra el CTNG sin y con externalidades (emisiones de CO2 y
desmantelamiento) para las centrales objeto de estudio.
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Figura 4. Costos Totales Nivelados de Generación sin y con Externalidades
CTNG (usd/MWh)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Carbón
Gas
ABWR
ACR
AP1000
EPR
S/E
49.69
50.77
34.32
28.46
33.24
37.22
C/E
75.57
55.35
37.74
30.12
36.16
39.63
En el momento que se incorporan las externalidades el CTNG se incrementa en aproximadamente
50% en la central de carbón, 9% en una central de ciclo combinado y 8% en promedio en las
centrales nucleares.
4. CONCLUSIONES
El Costo Total Nivelado de Generación, sin considerar las externalidades durante la generación:
eléctrica es menor para las centrales nucleares de generación III que el obtenido para centrales de
carbón y ciclo combinado.
Al incluir las externalidades de CO2 y costos del desmantelamiento en los costos de generación,
las centrales nucleares siguen siendo la opción más viable desde el punto de vista económico.
El Costo Total Nivelado de Generación con externalidades incluidas, es variable en función del
precio de los bonos carbón que se utilicen y del costo de los combustibles.
El costo de la generación eléctrica utilizando combustibles fósiles resulta ser más cara que si se
utiliza la energía nuclear.
Incorporar centrales nucleares de Generación III en el parque eléctrico nacional, permitiría la
diversificación de fuentes de energía orientadas a minimizar el impacto al medio ambiente y
garantizar el abasto competitivo de energía eléctrica a largo plazo en México.
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AGRADECIMIENTOS
Se agradece a la Gerencia de Ciencias Aplicadas y al Departamento de Sistemas nucleares del
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares las facilidades otorgadas para la realización de
este trabajo, así como los apoyos necesarios para su presentación en el congreso Internacional
Conjunto organizado por la Sociedad Nuclear Mexicana, CANCÚN-2007.
[1]. Externalities of Energy. Methodology 2005 update. European Commission.
[2]. Economic Evaluation of Bids for Nuclear Power Plants. 1999 Edition. IAEA, Vienna 2000.
[3]. Costos y parámetros de referencia para la formulación de proyectos de inversión en el sector
eléctrico. CFE 2005.
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