I. ANTECEDENTES
El problema detectado en el Sector Eléctrico Colom-biano, a partir de estudios realizados por organismos gubernamentales y recientemente por CIDET-CESI y la Universidad del Valle, es que los laboratorios dis-ponibles en el país no son suficientes para atender la demanda de pruebas. No están acreditados o no satisfacen los requisitos técnicos mínimos para cum-plir con la actividad de ensayos requeridos por la in-dustria en los procesos de desarrollo de productos y en los procesos de evaluación de la conformidad. Bajo este marco, es necesario encontrar alternativas para desarrollar la infraestructura de laboratorios que apoyen los procesos de evaluación de la confor-midad del Sector de Energía Eléctrica, Bienes y Ser-vicios Conexos - SEEBSC, aspecto que está directa-mente ligado con la capacidad del Sector Productivo Colombiano para insertarse de forma competitiva en los mercados globales.
Aunque el sector eléctrico es líder en la normaliza-ción y aplicanormaliza-ción de normas técnicas para la ges-tión de proveedores; en Colombia, el no contar con la suficiente oferta de servicios de laboratorio para realizar ensayos que respalden las certificaciones exigidas por los reglamentos técnicos y la norma-tividad técnica nacional e internacional dificulta los procesos de certificación, incrementa los costos y retrasa los proyectos por tener que enviar productos para certificarlos en el exterior y no facilita el desa-rrollo de nuevos productos.
A partir del anterior diagnóstico, a continuación se presentan los principales resultados del estudio (CI-DET-CESI) de viabilidad del Laboratorio de Alta Ten-sión Transformadores Cables Aisladores (LATTCA), en el cual se evalúa la mejor opción a seguir para satisfacer las necesidades detectadas y las expec-tativas de crecimiento del Sector Eléctrico en el ho-rizonte de 2032, teniendo en cuenta aspectos técni-cos, económitécni-cos, y organizacionales que viabilicen la solución recomendada.
II. METODOLOGÍA
En primera instancia se realizó un estudio de merca-do basamerca-do en reuniones personalizadas, encuestas detalladas con empresas del sector y la demanda actual de certificados de conformidad de los pro-ductos eléctricos de potencia. Se validó la actual situación y la expectativa de crecimiento de la de-manda de pruebas con referencia a los planes de evolución de la industria y del sistema eléctrico, los reglamentos técnicos de Colombia y de los países de América Latina, las capacidades de los laborato-rios de prueba existentes en el país y en el extran-jero y las exigencias expresadas por los fabricantes, empresas eléctricas y organismos de certificación. Con esta información se estimó el desarrollo de nue-vos prototipos de productos eléctricos de potencia nacionales durante el período 2017-2032 y la corres-pondiente demanda de “Pruebas de tipo”, desglosa-da por tipo de prueba y niveles de tensión y potencia y la cuota de mercado potencial del Laboratorio Na-cional. Se desarrollaron varias opciones de solución, para definir el Laboratorio Nacional de ensayos con capacidad de ejecutar todas las pruebas requeridas en Colombia exceptuando algunas pruebas con de-manda muy insuficiente que no justifican realizar la respectiva inversión de equipos de prueba.
Se analizaron en detalle cuatro opciones referidas a la potencia eléctrica de prueba disponible para las pruebas más representativas (pruebas de Alta Potencia), dado que esa potencia es el parámetro más significativo con relación al nivel de inversión y de rentabilidad del proyecto. Finalmente para cada opción se hizo el diseño básico de las instalacio-nes de prueba hasta la definición de los esquemas de potencia, la lista de los equipos, los layouts y el presupuesto de inversión y de operación. Al final del análisis técnico-económico, se compararon los beneficios y los costos de las cuatro opciones y se identificó la solución recomendada.
III. RESULTADOS PRINCIPALES
DEL ESTUDIO
1. Oferta actual
Los laboratorios acreditados Colombianos son de tres tipos: Laboratorios de fabricantes, Laboratorios de Universidades y Laboratorios Comerciales.
Los Laboratorios de fabricantes tienen buenas ca-pacidades de pruebas pero poca disponibilidad para los otros fabricantes y reducidas pruebas acredita-das sobre el total de las pruebas que pueden ejecu-tar. Este tipo de oferta no se considera actualmente como capaz de cubrir las exigencias de prueba del país.
Los laboratorios de Universidades tienen buenas ca-pacidades de pruebas pero poca capacidad produc-tiva y suministro de servicios accesorios a los fabri-cantes. Las principales pruebas que los laboratorios de las Universidades actualmente cubren son: • Pruebas dieléctricas (hasta 115 kV nominal). • Pruebas de calentamiento sobre equipos de baja impedancia (hasta 4500 A).
• Prueba de cortocircuito sobre transformadores hasta 500 kVA.
• Prueba de impulso de corriente.
• Pruebas físicas, químicas, pruebas menores y me-diciones.
Los Laboratorios Comerciales tienen buenas capaci-dades como pruebas físicas, químicas y mediciones, pero poca capacidad para pruebas dieléctricas y de potencia. Una parte de la demanda actual de prue-bas generada en Colombia no puede ser satisfecha en el país. Las pruebas de tipo que actualmente no pueden ser ejecutadas en laboratorios Colombianos se ejecutan en laboratorios extranjeros (principal-mente en el caso de productos para exportación) o se sustituyen con declaración/simulaciones, como permite el RETIE por la certificación de productos co-mercializados y/o instalados en Colombia.
Las principales pruebas eléctricas faltantes en Co-lombia son:
• Prueba de cortocircuito sobre equipos de manio-bra.
• Prueba de arco interno.
• Prueba de cortocircuito sobre transformadores > 500 kVA.
• Prueba de corta duración con corriente arriba de 10 kA.
• Pruebas de calentamiento sobre tableros y celdas de configuración compleja.
• Pruebas dieléctricas de muy alta tensión (desde 115 kV).
• Prueba de envejecimiento y precalificación de ca-bles aislados.
• Pruebas climáticas sobre equipos de media y alta tensión.
• Pruebas sísmicas sobre tableros y transformado-res.
El Laboratorio Nacional deberá por lo tanto imple-mentar las instalaciones que permitan cubrir las principales pruebas faltantes en Colombia.
2. Demanda actual
Las pruebas de tipo son el producto esencial de un Laboratorio Nacional. La demanda de pruebas no se relaciona a los volúmenes de producción, sino a la tasa de innovación de los productos. El costo de los laboratorios para pruebas de tipo está fuertemente relacionado con sus características máximas. Cada fabricante no requiere en general un volumen de pruebas de tipo suficiente para ocupar de manera adecuada el laboratorio, puesto que el volumen de pruebas de tipo requeridas por cada fabricante no es en general muy grande, con la excepción de los nuevos fabricantes.
Por estas razones normalmente los fabricantes no justifican la inversión de contar con un gran labora-torio propio para ejecutar estas pruebas y prefieren acudir a laboratorios independientes cuya capacidad (e inversión) pueda ser aprovechada por muchos usuarios. La implementación de un Laboratorio Na-cional Colombiano podría satisfacer las exigencias de los fabricantes nacionales y arrastrar un volumen de trabajo equivalente a sus capacidades producti-vas. Las pruebas ejecutadas en ese laboratorio serían rápidamente aceptadas por los compradores nacio-nales y en el mediano plazo por los compradores de América Latina, bajo la condición que el laboratorio sea acreditado según la ISO 17025 y reconocido con los criterios del ILAC.
Para evaluar la demanda actual, se tuvo en cuenta los resultados de los encuestas y visitas el detalle de los certificados de producto emitidos (número y vigencia)por exigencia RETIE a los nuevos prototipos en Colombia de los últimos cinco (5) años y el nú-mero promedio de pruebas demandadas. El análisis de certificados consideró 36 productos en los cuales Colombia se destaca (iniciativa prioritaria del PTP) o tiene gran potencial.
Se considera que el PIB del sector eléctrico crecerá en el futuro con una tasa media del 3% en el periodo 2014-2027, con un crecimiento inicial del 4,5% por año en los primeros cinco años. Este crecimiento se evalúa en relación con el crecimiento estimado de la demanda de energía, cuya variación porcentual si-gue prácticamente la misma tendencia (fuente: Plan de Expansión de Referencia Generación – Transmi-sión 2013-2027).
Se estima que la tasa de innovación de los productos eléctricos será menor en comparación con el creci-miento de los volúmenes de producción y de ventas.
Sin embargo, el primer objetivo de un Laboratorio Nacional debe ser el estímulo a innovar y renovar que se brinda a los fabricantes. Este estímulo, a su vez, impulsará al PIB del Sector. Suponiendo la diná-mica que generará el nuevo laboratorio, se ve muy viable que la demanda evolucione según lo contem-plado en el escenario 2 (Desarrollo medio).
En la siguiente tabla se puede apreciar la demanda actual de prototipos previstos para cada uno de los 36 productos seleccionados para el año 2014 y la de-manda de prototipos estimada para los años 2017, 2022 y 2032 para el escenario 2:
4. Configuración y especificación del Laboratorio
Para la configurar y especificar el Laboratorio se consideró el mercado total de las pruebas en Colombia con la descripción de los diferentes laboratorios que es posible desarrollar en términos de equipos a ensayar, pruebas a realizar y datos nominales detectados en el estudio de mercado (valor anual del mercado nacional alrededor de 8,9 millones de Euros en 2014).
La descripción “máxima” que contiene todas las fuentes de alimentación, los laboratorios y sus máximas ca-racterísticas nominales es la siguiente:
A partir de esta configuración completa, se desarrollan diferentes opciones de configuración del Laboratorio, en términos de instalaciones, inversión e ingresos esperados, para ejecutar categorías homogéneas de prue-bas. La siguiente tabla detalla las categorías de pruebas, según las capacidades de cada laboratorio:
Los equipos y las pruebas principales a realizar en los Laboratorios de Alta Potencia y Alta Tensión son los siguientes:
Considerando el tipo de alimentación de alta po-tencia, el nivel de potencia de corto circuito del La-boratorio de Alta Potencia (LAP) y la posibilidad de realizar pruebas de corto circuito sobre transforma-dores directamente desde la red de alta tensión se consideran las siguientes opciones de configuración en términos de la potencia de corto:
Los criterios de diseño básicos a tener en cuenta son:
• Área libre regular, con desniveles mínimos, de al menos 250m x 215m (5,4 hectáreas; 53.750 m2). • Dos zonas principales: una zona industrial y una zona administrativa.
• Dos entradas desde el exterior: segregación de edi-ficios y de personal no directamente involucrados en las pruebas, para minimizar las interferencias y los peligros.
• Suficientes espacios libres para las futuras instala-ciones en cada área.
• Cercanía del LAP con la fuente de alimentación de alta potencia que se seleccione.
• Accesibilidad de talleres, almacen y otras áreas au-xiliares para los laboratorios.
• Disponibilidad de un puente grúa en la celda de prueba de transformadores.
• Carreteras amplias para el manejo fácil de equipos grandes y pesados.
En la siguiente grafica se puede apreciar una vista esquemática para la opción 3:
Para ubicar geográficamente el Laboratorio se deben tener en cuenta principalmente los siguientes facto-res:
• Capacidad de corto-circuito de la subestación que alimenta el Laboratorio (+/- 30 KA).
• Facilidad de acceso vial y capacidad de puentes. • Cercanía del Laboratorio a Fabricantes y Clientes. • Rápido acceso a Puertos industriales.
En base a lo anterior cualitativamente se recomien-da ubicar el Laboratorio Nacional en Cali (Valle del Cauca), Barranquilla (Atlántico), Medellín (Antioquia) o Bogotá (Cundinamarca).
No obstante, para cada una de las anteriores opcio-nes se deberá realizar una evaluación cuantitativa y detallados estudios de conexión.
5. Evaluación financiera
Las inversiones a considerar incluyen la compra e instalación de los equipos, la preparación de las áreas, la construcción de los edificios, la realización de todos los sistemas auxiliares y los costos de in-geniería. En la tabla siguiente se encuentra el detalle del presupuesto de inversión para cada subsistema necesario para las cuatro opciones (en miles de Eu-ros).
Para cada prototipo determinado en la estimación de la demanda, el conjunto asociado de pruebas tipo puede atenderse de varias formas: Por el fabricante en su laboratorio, por un laboratorio acreditado Colombiano o extranjero o sustituirse por cálculo o declaración del proveedor (en algunos casos). Considerando lo anterior, se estimó la siguiente cuota de la demanda que atenderá el laboratorio nacional por categoría de pruebas:
Con la cuota del mercado se determinaron los ingresos (para atraer clientes se estimaron tarifas en el 80% del valor internacional) y los turnos requeridos (unidad básica para calcular los costos de O&M) con-siderando una eficiencia que mejora progresivamente, iniciando en el 60% del estándar internacional):
Los resultados del EBITDA= Ingresos – Costos (directos, administrativos, generales, servicios técnicos) y del EBIT= EBITDA- Amortización de la inversión se pueden apreciar en las siguientes graficas:
Las resultados de las opciones 1, 2 y 3 son suficien-temente homogéneos; El EBITDA es siempre positivo lo cual indica que el Laboratorio es capaz de cubrir sus costos de operación desde el principio. El au-mento de la inversión produce un correspondien-te aumento de los ingresos con el resultado que el EBITDA crece en el tiempo. El EBIT que es práctica-mente siempre negativo, baja un poco de una opción a la siguiente (opciones 1, 2 y 3), pero se acerca de cero en el año 2032. Naturalmente la Opción 3 per-mite obtener una infraestructura de Laboratorio con más capacidad.
El EBIT de la Opción 4 permanece negativo en el ho-rizonte de tiempo considerado.
Para la implementación del Laboratorio Nacional se recomienda la constitución de una sociedad Publi-co Privada (APP) en la cual los inversionistas buscan beneficios para el Sector Eléctrico con una renta-bilidad baja que permita recuperar la inversión del capital en el largo plazo. En el siguiente flujo de caja descontado se supone que el Estado Colombiano se compromete decididamente con el desarrollo indus-trial del país contribuyendo con un aporte del 70% de la inversión requerida:
En las anteriores condiciones, en la opción 3 (inver-sión de 32.8 millones de euros), el sector privado aportaría 9.8 millones de euros y el Estado 22.9 Mi-llones de euros. Para una expectativa de explotación de 40 años, con una tasa de descuento del 7%, el valor presente neto del proyecto alcanza el equili-brio financiero a los 18 años de explotación comer-cial
6. Recomendación de la mejor opción Para cada una de las cuatro opciones de configu-ración planteadas anteriormente se evaluaron los siguientes criterios:
Valor presente neto (resultados financieros): Se evaluó el proyecto sin y con subsidio del estado. Los resultados económicos de las opciones 1, 2 y 3 son equivalentes. La Opción 4, por no estar el La-boratorio conectado a la red de alta tensión es muy costosa por la inversión del generador de corto cir-cuito (20 millones de euros adicionales).
Capacidad de atracción de la demanda regio-nal (mercado andino): El Laboratorio de Alta Po-tencia (pruebas de fuerte corriente en media/alta tensión) es el laboratorio más importante y presti-gioso de cualquier centro experimental porque re-quiere una inversión, conocimiento e infraestructura mayor lo cual genera demanda del exterior (pocos países cuentan con este tipo de laboratorios). Cuan-to más grande sea la potencia del LaboraCuan-torio LAP, más alta es la posición que el Laboratorio Nacional puede ocupar entre los grandes laboratorios ameri-canos y mayor será la cantidad de pruebas de po-tencia que puede esperar recoger del exterior. Capacidad de cumplir con el progreso tecnoló-gico esperado: La experiencia de los grandes labo-ratorios mundiales ha enseñado que los fabricantes
de equipos de media tensión ensayan diferentes productos, dependiendo de su nivel de desarrollo tecnológico. En los primeros años desarrollan y en-sayan productos de nivel medio y bajo (en términos de nivel de tensión y de corriente de cortocircuito). Al aumentar la experiencia, desarrollan mejores equipos (replicando diseños confiables) y requieren pruebas de potencia de nivel superior, subiendo con el nivel de potencia de diseño de los productos eléc-tricos.
Siendo el Laboratorio Nacional una infraestructura estratégica para el desarrollo de los fabricantes de equipos eléctricos Colombianos, se considera que un proyecto de medio-largo plazo debería tener en cuenta un nivel de potencia de cortocircuito trifásico del LAP no menor de 1000 MVA.
Capacidad de ensayar los grandes transforma-dores: Este aspecto es muy importante para el sec-tor de producción Colombiano que es fuerte en fa-bricar transformadores de potencia, hasta 100 MVA (indicativamente). De todas las pruebas previstas para estos equipos, la prueba de resistencia al corto-circuito externo es la más importante desde el punto de vista de la confiabilidad. Desafortunadamente la falta de laboratorios de prueba de cortocircuito para los grandes transformadores en Colombia obliga a los fabricantes a ejecutar esta prueba en el exterior, con grandes costos adicionales para el transporte de equipos pesados y dilatación del tiempo de entrega del transformador. Un Laboratorio Colombiano capaz de cubrir la demanda actual y la demanda potencial de este tipo de prueba, puede contribuir sensible-mente al aumentar los niveles de confiabilidad de los sistemas eléctricos y a fortalecer el nivel de cono-cimiento y de competitividad de los fabricantes de transformadores nacionales.
Evaluando los méritos a cada opción se tienen los siguientes resultados:
La inversión de la OPCIÓN TRES que se recomienda no es significativamente mayor que la requerida para las otras opciones, pero si posibilita probar equipos de mayor capacidad (Por ejemplo Transformadores de 100 MVA).
IV. CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
Para que el Sector Eléctrico Colombiano efectiva-mente sea de clase mundial al año 2032 es necesario
implementar prioritariamente acciones estratégi-cas como la construcción y puesta en marcha del Laboratorio Nacional de Alta Tensión de 1500 MVA, con lo cual se impulsará decisivamente la industria nacional y se posicionará a Colombia como refe-rente mundial en pruebas de equipo eléctrico. Las principales etapas a seguir (una vez se conforme la alianza publico privada (APP) a partir del estudio de factibilidad ya realizado son las siguientes:
