MODELADO Y ANÁLISIS DEL SECTOR ELÉCTRICO ESPAÑOL
CON CRITERIOS EXPLÍCITOS DE SOSTENIBILIDAD.
Autor: Martínez Marín, Jose Manuel.
Directores: Pérez Arriaga, José Ignacio – Hierro Ausín, Ignacio de Loyola. Entidad Colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.
RESUMEN DEL PROYECTO
Tres factores condicionan principalmente la sostenibilidad del modelo energético mundial: recursos limitados, impacto medioambiental y falta de equidad en el acceso a estos recursos. La situación en España es especialmente grave en relación con los dos primeros aspectos. Además, España carece de una planificación global y de largo plazo de todo el sector energético nacional, que le permita proporcionar las directrices básicas hacia la sostenibilidad energética.
En el último cuarto del siglo pasado se ha percibido una creciente preocupación por el abastecimiento energético, por el agotamiento de las principales fuentes de energía actuales y por la sostenibilidad del modelo energético vigente. El desarrollo sostenible es aquel que satisface las necesidades del presente, sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las suyas propias. Esta sostenibilidad debe tener una triple dimensión: social, económica y medioambiental, de tal manera que la producción y el consumo de energía no pueden entenderse fuera de estas tres dimensiones.
Actualmente existe una gran incógnita sobre el futuro energético de España, de la Unión Europea y del resto del mundo; pero un hecho es claro, el desarrollo sostenible se ha convertido en un elemento central del progreso mundial y su trascendencia política resulta clave. Las nuevas políticas públicas, tienen el objetivo de ser compatibles con un desarrollo sostenible en su triple dimensión: social, económica y medioambiental. La adopción de estas nuevas políticas medioambientales exige el desarrollo de nuevos instrumentos económicos, entre los que destacan los mercados de emisiones de gases de efecto invernadero y los mecanismos competitivos de promoción de energías renovables.
En este sentido, según el Protocolo de Kyoto, la introducción de los Derechos de Emisión Transferibles está prevista a nivel mundial para el año 2008, y en la UE ya ha entrado en vigor la Directiva correspondiente (2003/87/CE).
Por otro lado, la promoción de energías renovables se mueve hoy en día a través de dos mecanismos; bien por sistemas de primas o incentivos, o bien por intercambio de certificados verdes. El estudio de estos mecanismos ha estado centrado hasta el momento en aspectos cualitativos, tales como su interrelación con la operación de los nuevos mercados energéticos o su relación con los instrumentos tradicionales de promoción de renovables.
A medida que se van implementando estos nuevos mecanismos, se hacen más trascendentales las cuestiones referentes a su aplicación práctica y los posibles efectos sobre las economías de los países. La manera en que se asignarán los derechos de emisión, las posibles penalizaciones o los efectos sobre el funcionamiento del mercado de energía, son puntos de gran importancia y aún no demasiado estudiados. Es aquí donde el proyecto objeto de estudio encuentra su “caldo de cultivo”, puesto que es un campo de investigación todavía poco explorado pero de una importancia altamente significativa.
El objetivo principal de este proyecto es modelar y analizar el sector eléctrico español en su conjunto, desde el punto de vista económico y técnico, para estimar los efectos combinados que puedan producir los distintos mecanismos de protección medio ambiental, de apoyo a las energías renovables, y en general, todos aquellos que nos conduzcan hacia un modelo eléctrico sostenible en el mercado eléctrico español a largo plazo.
Para ello, se ha partido de un modelo eléctrico existente, modelo ESPAM, desarrollado por el Instituto de Investigación Tecnológica [Javier Santos, 2005], sobre el que se han realizado las correspondientes modificaciones para adaptarlo a las hipótesis objeto de estudio en el presente proyecto.
La representación del sistema eléctrico que se ha utilizado escenifica un modelo de competencia perfecta, que se puede modelar de forma equivalente bajo el marco tradicional de una empresa centralizada cuyo objetivo es la maximización del beneficio social neto. Para ello se ha planteado una función objetivo de minimización de costes donde la empresa está supeditada a satisfacer la demanda debido al coste
El modelo creado es determinista y trabaja bajo la hipótesis de nudo único, es decir, no considera la red de transporte ni la situación geográfica de las diferentes centrales ni de los centros de consumo.
Una vez formulado analíticamente el modelo, se ha realizado su programación informática en GAMS (General Algebraic Modeling System) y se han analizado individualmente los distintos mecanismos y políticas de protección medioambiental. Sobre un caso base denominado “Business as Usual”, que refleja las políticas actuales en el sector eléctrico español, se han estudiado la influencia del crecimiento de la demanda, del precio del derecho de emisión de CO2 y del aumento de las primas a
las energías renovables.
Posteriormente, se han planteado varios escenarios de simulación donde se ha evaluado la sostenibilidad del actual sector eléctrico español y de las posibilidades de reducción de emisiones de este sector, del potencial impacto del fomento de las energías renovables y del ahorro y la eficiencia energética, para intentar alcanzar la necesaria sostenibilidad del sector eléctrico en España. Los parámetros que varían en estos escenarios son: la tasa de crecimiento de la demanda, el precio del permiso de emisión, las primas a las energías renovables, y la capacidad máxima que sería posible instalar de energías renovables. En el caso del escenario PS3 también se ha variado la potencia instalada de energía nuclear.
Por último, y a la vista de los resultados arrojados por las diferentes simulaciones, se han obtenido las pertinentes conclusiones y recomendaciones, entre las que se puede destacar que, si bien bajo las políticas actuales no es posible conseguir un marco de desarrollo sostenible para el sector eléctrico español, esto si sería posible bajo unas políticas más decididas de protección medio ambiental. Estas políticas deberían basar su estrategia fundamental en el control de la demanda, ya que por una parte consigue una gran reducción de emisiones, y por otra, presenta ventajas económicas, al reducir el coste marginal del sistema y por tanto, el coste para el consumidor. Por supuesto, en primer lugar sería necesario evaluar el coste de las medidas necesarias para este control de la demanda, para analizar el impacto final sobre la sociedad. Pero en cualquier caso, es imprescindible que la gestión de la demanda acompañe a la promoción de las energías renovables, que aunque consigue también reducir las emisiones, tiene un coste mayor para el sistema.
MODELED AND ANALYSIS OF THE SPANISH ELECTRICAL
SECTOR WITH EXPLICIT CRITERIA OF SUSTAINABILITY
Three elements are conditioning the sustainability of the world energy model: limited resources, the environmental impact and the lack of equity in the access to these resources. The situation in Spain is especially worrysome in the two first aspects. Besides, Spain does not have a long term and global indicative plan for the national power sector, which could provide the basic guidelines towards achieving a more sustainable energy model.
In the final quarter of the last century there has been a growing concern about the energy supplies, originated by the exhaustion of the principal energy sources and for the sustainability of the current energy model. The sustainable development is defined in which satisfies the current needs without compromising the capability of future generations in order to satisfy their future needs. This sustainability has to cover three dimensions: social, economic and environmental, with this understanding the energy production and the energy consumption is well delimitated in the three dimensions. In these days, there is an enormous doubt about the energy prospective in Spain, the European Union and the rest of the world; but a clear fact is that the sustainable development has become into a core element of the world-wide progress and its political importance is strategy. The new public policies, in its purpose have to be compatible with a sustainable development in its triple dimension: social, economic and environmental. The creation of these new environmental policies demands the development of new economic instruments, between which there are to emphasize the gas emissions with greenhouse effect markets and the competitive mechanisms for promotion of renewable energies.
In this manner, according to the Kyoto Protocol, the submission of the Transferable Emission Rights is provided worldwide for 2008, and in the European Union it is already in force in the Directive 2003/87/CE.
On the other hand, the promotion of renewable energies moves nowadays through two mechanisms; either by systems of premiums or incentives, or by green certificate interchange. The study of these mechanisms has been focus until the moment in qualitative aspects, such as its interrelation with the operation of the new power markets
As they are implemented these new mechanisms, the referring questions to their practical application and the possible effects become more transcendental on the economies of the countries. The way in which the emission rights, possible penalizations or the effects about the running of the energy market will be assigned, are great important points and not yet too much studied. It is here where the project study object finds its “broth of culture”, since it is a field of investigation still little explored but of a highly significant importance.
The primary target of this project is to model and to analyze the Spanish electrical sector as a whole, from the economic and technical point of view, to consider the effects combined that can produce the different mechanisms from environmental average protection, to support to the renewable energies, and in general, everything who lead us in the long term towards a sustainable electrical model in the Spanish electrical market.
For it, one has left from an existing electrical model, model ESPAM, developed by the Institute of Technological Investigation [Javier Santos, 2005], on which the corresponding modifications have been made to adapt it to the hypotheses object of study in the present project.
The representation of the electrical system that has been used stages a model of perfect competition, that can be modeled of equivalent form under the traditional frame of a centralized company whose objective is the maximization of the net social benefit. For it an objective function of minimization of costs has been considered where the company will be carry on to satisfy the demand due to the associated cost of penalty by non supplying demand.
The created model is determinist and works under the hypothesis of unique knot, that is to say, it considers the transport network neither the geographic situation of the different power stations nor of the consumption centers.
Once formulated the analytical model, its computer programming has been made in GAMS (General Algebraic Modeling System) and have individually analyzed the different mechanisms and policies from environmental protection. On a case it bases denominated “Business as Usual”, that reflects the current policies in the Spanish electrical sector, have studied the influence of the growth of the demand, of the price of the right of CO2 emission and of the increase of the premiums in the
Lately, several scenes of simulation have considered where it has evaluated the sustainability of the current Spanish electrical sector and the possibilities of reduction of emissions of this sector, of the potential impact of the promotion of the renewable energies and the saving and the power efficiency, to try to reach the necessary sustainability of the electrical sector in Spain. The parameters whose suffer the changes in these scenes are: the rate of growth of the demand, the price of the emission permission, the premiums to the renewable energies, and the Maxima capacity that would be possible to install of renewable energies. In the case of scene PS3 also the installed power of nuclear energy has been changed.
Finally, in view of the results thrown by the different simulations, the pertinent conclusions and recommendations have been obtained, between which it is possible to be emphasized that, although under the current policies it is not possible to obtain a frame of sustainable development for the Spanish electrical sector, this it would be more possible under an environmental protection policies more determined.
These policies would have to base their fundamental strategy on the control of the demand, since on the one hand it obtains a great reduction of emissions, and by another one, it presents economic advantages, when reducing the marginal cost of the system and therefore, the cost for the consumer. By all means, in the first place it would be necessary to evaluate the cost of the necessary measures for this control of the demand, to analyze the final impact on the society. But in any case, it is essential that the management of the demand accompanies the promotion by the renewable energies, that although is able also to reduce the emissions, has a greater cost for the system.
