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EFICIENCIA Y SUSTITUCIÓN ENERGÉTICA EN EL SECTOR TRANSPORTE

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

BOGOTÁ 2017

EFICIENCIA Y SUSTITUCIÓN ENERGÉTICA

EN EL SECTOR TRANSPORTE

JUAN DANIEL AMÉZQUITA DUQUE

Jd.amezquita10@uniandes.edu.co - 201313055

Asesores

ÁNGELA INÉS CADENA MONROY Ph. D

JAVIER EDUARDO BONILLA

RICARDO DELGADO CADENA

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

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EFICIENCIA Y SUSTITUCIÓN ENERGÉTICA

EN EL SECTOR TRANSPORTE

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO ... 5 EXECUTIVE SUMMARY ... 6 OBJETIVO GENERAL ... 7 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 7 1. INTRODUCIÓN ... 8

2. CONTEXTO INTERNACIONAL Y NACIONAL ... 9

2.1. EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO ... 9

2.2. CONTEXTO INTERNACIONAL – CASO DE LA UNIÓN EUROPEA ... 10

2.2.1. ESPAÑA ... 11

2.2.2. REINO UNIDO ... 12

2.2.3. ALEMANIA ... 13

2.2.4. RESULTADOS DEL 20/20/20 EN EUROPA ... 15

2.2.5. MÁS ALLÁ DE 2020 ... 15

2.2.6. EXPERIENCIA INTERNACIONAL EN ELECTRIFICACIÓN DEL TRANSPORTE ... 16

2.3. CONTEXTO NACIONAL ... 17

2.3.1. EFICIENCIA ENERGÉTICA ... 17

2.3.2. SECTOR DEL TRANSPORTE ... 17

2.3.3. PLAN DE ASCENSO TECNOLÓGICO ... 22

2.3.4. PROYECCIÓN DE DEMANDA Y EXPANSIÓN EN GENERACIÓN UPME ... 23

3. METODOLGÍA ... 25

3.1. MODELO DE EVALUACIÓN ECONÓMICA Y AMBIENTAL DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS ... 25

3.2. PARTICIPACIÓN MÁXIMA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS... 26

3.3. ESCENARIO 1 – PARTICIPACIÓN DE ELECTRICIDAD EN EL TRANSPORTE ... 30

3.4. ESCENARIO 2 – INCLUSIÓN DEL GVN EN LA CANASTA DEL TRANSPORTE ... 33

4. RESULTADOS ... 34

4.1. MODIFICACIÓN DE LA FLOTA ... 34

4.2. MODIFICACIÓN DE LA CANASTA ENERGÉTICA CON ESCENARIOS PROPUESTOS ... 36

4.2.1. ESCENARIO 1 ... 36

4.2.2. ESCENARIO 2 ... 38

4.3. REDUCCIÓN DE CO2 CON ESCENARIOS PROPUESTOS ... 40

4.4. AUMENTO DE LA DEMANDA ... 42

4.5. ESCENARIO UPME 2030 ... 43

5. ABATECIMIENTO DEL CRECIMIENTO DE LA DEMANDA ... 45

6. RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES ... 45

(5)

RESUMEN EJECUTIVO

Para el siglo XXI, el principal reto de la humanidad será encontrar medidas eficientes para controlar el cambio climático y evitar sus consecuencias. [1] Según la IPCC, es necesario limitar el aumento de la temperatura del planeta hasta 1,5°C con relación a la era preindustrial para evitar daños irreversibles en los ecosistemas y la atmósfera terrestre. A finales de 2015 en París, 195 países se reunieron bajo el marco de la 21ª Conferencia de las Partes, para acordar contribuciones nacionales de mitigación de gases de efecto invernadero e iniciar un camino de decarbonización a escala global. [2]

En este contexto, después de más de dos años de trabajo, Colombia se comprometió a reducir sus emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) con respecto a su línea base en un 20% para el 2030 de manera autónoma y en un 30% si el país recibe cooperación internacional. Para cumplir con esta meta, es necesario establecer objetivos y ajustar medidas regulatorias que permitan desarrollar estrategias bajo un marco económico viable. Además, es importante definir los sectores que ofrecen un mayor potencial para la reducción de emisiones, para destinar de una forma eficiente los recursos establecidos para esta iniciativa. En Colombia, según los datos del IDEAM, para el 2011 las emisiones de CO2 tuvieron una distribución de la siguiente forma: Agricultura, forestación y otros usos de la tierra (AFOLU) 58%; energía 32%; residuos 6% y procesos industriales 4%. Sin embargo, se espera que para el 2030 la participación de la energía sea de un 44% y en el 2050 del 50% desplazando al AFOLU como principal contaminante. Por esta razón, resulta de gran importancia enfocar los esfuerzos de mitigación de contaminación en el sector energético. [3]

Adicionalmente, según los análisis de la UPME, el sector del transporte consume el 65% del total de la energía del territorio colombiano y es el que más contribuye con emisiones de CO2 [4]. Por esta razón, las acciones destinadas a disminuir las emisiones de GEI en el transporte juegan un papel fundamental a la hora de conformar una canasta energética que le permita al país cumplir con el compromiso de mitigación adquirido. En este proyecto, se pretende evaluar el alcance de la sustitución de los combustibles fósiles líquidos, que son la principal fuente de energía del sector del transporte, por energéticos más eficientes y menos contaminantes como la electricidad y el gas natural. Adicionalmente, basado en experiencias internacionales, se mencionan alternativas que incentiven el cambio en hábitos de consumo, para modificar la canasta de energéticos y permitir la entrada de los vehículos eléctricos. Para ello, se utiliza la herramienta desarrollada por la Universidad de los Andes,

el MEEAVE1, para diseñar escenarios de uso de la electricidad como energético en el sector

transporte. El análisis realizado permite estimar el porcentaje de reducción de emisiones y el incremento en la demanda de electricidad comparados con una línea base. El crecimiento del consumo de electricidad requiere, por supuesto, de la expansión en la generación. Este incremento en el parque de generación se presenta como una oportunidad para facilitar la entrada a las fuentes renovables como medio para diversificar la canasta energética y para contribuir con la mitigación de emisiones desde el sector eléctrico.

Por último, con el fin de evaluar el impacto ambiental total tras la implementación tanto de medidas de eficiencia energética, como de la participación de energías renovables en la canasta de

generación, la Universidad de los Andes junto con la firma WWF2, desarrolla una propuesta que brinda

las herramientas necesarias para llevar a cabo las acciones pertinentes y reunir los recursos para comenzar con la implementación de estas iniciativas, que buscan dar solución a los retos propuestos por la COP-21. Este trabajo pretende contribuir en esta dirección.

1 MEEAVE: Modelo de Evaluación Económica y Ambiental para Vehículos Eléctricos [13]

(6)

EXECUTIVE SUMMARY

For the 21st century, the main challenge for humanity will be find efficient actions to control the climate change and avoid its consequences. According the IPCC, it is necessary to set the temperature increase to 1,5 °C in relation to the preindustrial era to avoid irreversible damages in ecosystems and the atmosphere. More than 190 countries scheduled a meeting at the end of 2015, in the framework of the 21st Conference of the Parties, to set nationals commitments to greenhouse gas mitigation and begin a decarbonization path on a global scale.

In this context, after two years of work, Colombia committed to reduce its greenhouse gas (GHG) emissions from its baseline by 20% in 2030 autonomously and 30% with international support. To meet this goal, is necessary to establish objectives and set regulatory measures that allow a strategical development under a viable economic framework. Furthermore, is important to identify the sectors with the greatest potential for emission reduction, in order to share out the established resources for the initiative, in an efficient way.

In Colombia, according with UPME analysis, the transport sector contributes most to CO2 emissions and consumes 65% of the total energy of the territory. For this reason, the emission reduction actions in the transportation acquire an important role, setting the energy basket distribution that allow the commitments accomplishment. The aim of this project is to assess the scope of the substitution of liquid fossil fuels, which are the main source of energy in the transport sector, for more efficient and less polluting energy sources such as electricity and natural gas. To do this, this work set methodologies to encourage a change in consumption habits, diversify the basket of energy and allow the entry of electric vehicles. In addition, using the Model for Economic and Environmental Assessment of Electric Vehicles (MEEAVE) developed by the University of Andes, are designed scenarios to assess the electricity as a fuel in the transport sector. The analysis, let estimate the percentage of emission reduction and the increase in electricity demand compared to a baseline. Such energy consumption growth, that requires an expansion in electrical generation, gives an opportunity to allow the entry of renewable sources to diversify the energy basket contribute to the mitigation of emissions from the country.

Lately, to assess the environmental impact after the implementation actions of energy efficiency and the entry of renewable energies, the University of Andes together with WWF, has released a development a proposal for the Ministry of Mines and Energy, providing enough tools to carry out relevant actions and pool the resources to begin with the implementation of these initiatives that seek to solve the challenges proposed by COP-21.

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OBJETIVO GENERAL

 Evaluar el alcance de la sustitución de los combustibles fósiles líquidos en Colombia, que son

la principal fuente de energía del sector del transporte, por energéticos más eficientes y menos contaminantes como la electricidad y el gas natural, con el fin de disminuir la contaminación, aumentar la eficiencia y generar un aumento en la demanda de electricidad, que permita la participación de energías renovables en la canasta de generación.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Plantear opciones de eficiencia energética en el sector transporte y evaluar su contribución

en la reducción de emisiones de GEI.

 Establecer objetivos de penetración de vehículos eléctricos en la flota de transporte carretero

y estimar la reducción de emisiones diseñando distintos escenarios de participación de la electricidad en la canasta energética

 Establecer escenarios de mayor participación de GNV como energético de la canasta del

transporte y evidenciar los requerimientos para su implementación.

 Diseñar alternativas para la repartición de la canasta energética del transporte en 2030 que

permitan alcanzar los objetivos planteados en la COP 21 y representen un aumento en la eficiencia del sector.

 Identificar los principales retos para la penetración de la electricidad en el transporte basado

en experiencias internacionales, y exponer alternativas para modificar hábitos de consumo que faciliten la implementación de las propuestas planteadas en este proyecto.

(8)

1. INTRODUCIÓN

Para el siglo XXI, los principales retos de las políticas energéticas serán: I) plantear estrategias que permitan abastecer la demanda por medio de tecnologías más limpias en forma confiable y con tarifas eficientes; II) diversificar la canasta y regular el uso de los combustibles fósiles; III) disminuir la pobreza energética y económica de comunidades y regiones vulnerables; IV) cumplir y/o establecer límites de emisiones de Gases de Efecto Invernadero y otros contaminantes; y V) aportar al desarrollo de la economía.

Con relación a las emisiones de GEI, los recientes estudios del IPCC ponen en evidencia los riesgos del cambio climático sobre las economías y sociedades, si se presenta un aumento en la temperatura con respecto a los niveles preindustriales. Las trayectorias esperadas de emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, han llevado a que los gobiernos empiecen a enfocar sus esfuerzos para limitar el aumento de la temperatura a 1,5°C con relación a la de la era preindustrial. Con el fin de adoptar las medidas necesarias para evitar las consecuencias del cambio climático, la ONU realizó una convención con más de 100 países en París para firmar un compromiso de reducción de emisiones en el Acuerdo de la COP-21. [1]

En el caso de Colombia, el país se comprometió a reducir sus emisiones de GEI en un 20% para el 2030 de manera autónoma y del 30% con cooperación internacional. Para cumplir con esta meta, es necesario definir estrategias, con relación al sector energético, para mitigar las emisiones que provienen del uso de combustibles fósiles para el transporte, la industria y la generación de electricidad. Sin embargo, cabe señalar que la generación de electricidad en Colombia, no aporta

de una forma significativa a la huella de carbono mundial3, comparado con otros países, por la alta

participación de la hidroelectricidad en el país.

En la última década se han desarrollado programas de mejoramiento tecnológico de los sistemas de combustión interna, que permiten una reducción del consumo de combustibles fósiles, aprovechamiento de biocarburantes en mezclas con combustibles fósiles y empleo del gas natural, con el fin de bajar el nivel de emisiones [5]. Sin embargo, los resultados de estos esfuerzos en términos de reducción de emisiones de CO2, no son suficientes para cumplir con los objetivos ambientales, dejando una gran oportunidad de mejora que se busca satisfacer mediante la penetración de vehículos eléctricos, como lo propone este proyecto.

En este trabajo se evalúa la sustitución de los principales combustibles fósiles, por combustibles más limpios como la electricidad, el GNV y GLP, con el fin de mostrar el alcance en eficiencia energética y la contribución al cumplimiento de las metas ambientales establecidas en la COP 21, con una nueva distribución de la canasta para 2030. Para ello, se utiliza el Modelo de Evaluación Eléctrica y Ambiental de Vehículos Eléctricos (MEEAVE) diseñado por la Universidad de los Andes, con el fin de proyectar el crecimiento de la flota carretera en Colombia, con base en las tasas de crecimiento establecidas por

el RUNT4 y el Ministerio de Transporte, y analizar los resultados de la sustitución de combustibles en

cada uno de los escenarios planteados.

Por último, luego de establecer los porcentajes de participación de la electricidad y el GNV en la canasta energética del transporte, se busca tomar medidas para permitir su implementación y establecer los retos a los que se deberá enfrentar el país con base en las experiencias internacionales de electrificación del transporte.

Para fijar los porcentajes de participación de cada combustible en la canasta del transporte, se tiene en cuenta la factibilidad del recambio tecnológico, partiendo del análisis de la proyección de ventas según el tipo de vehículo, en donde se evalúa el porcentaje necesario en las ventas anuales de

3 Según el CDIAC (Carbon Dioxide Information Center), Colombia ocupa el puesto 43 de 220 en el

ranking de países generadores de toneladas de CO2. [30]

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vehículos eléctricos que se requieren para alcanzar las metas ambientales establecidas, midiendo el crecimiento de la flota, la salida de vehículos usados y la adaptación del consumidor a las nuevas tecnologías. Para ello, se toma como referencia algunas iniciativas de sostenibilidad en contextos internacionales como el Plan 20/20/20 de la Unión Europea, y se analizan bajo el contexto Nacional, entendiendo el comportamiento del mercado colombiano en términos energéticos y hábitos de transporte.

El documento presenta la experiencia internacional frente a la utilización de vehículos eléctricos y el contexto Nacional para la implementación de esta iniciativa en la Sección 2. Posteriormente, se presenta la metodología utilizada para obtener los porcentajes de sustitución en la canasta energética del transporte en la Sección 3. Por último, en la Sección 4 y 5 se presenta un análisis de los resultados obtenidos en cada escenario, la nueva distribución de la canasta para 2030 y las recomendaciones y conclusiones de la electrificación del transporte en Colombia.

2. CONTEXTO INTERNACIONAL Y NACIONAL

Para entender con mayor detalle las problemáticas globales por el aumento en la contaminación debido a gases de efecto invernadero (GEI), a continuación se analizan los efectos del cambio climático y las consecuencias ambientales del aumento de la temperatura del planeta según los

estudios del IPCC5. Además, se abordan los planes de sostenibilidad que se desarrollan en la Unión

Europea con el fin de evaluar distintas alternativas de mitigación y la experiencia internacional frente a la electrificación del transporte.

Por último, se analiza el mercado eléctrico colombiano, los planes de expansión de la UPME, la proyección de demanda de energía para el 2030 y la distribución de las emisiones de CO2 por sectores económicos, con el fin de entrar en contexto para el desarrollo de las alternativas de electrificación del transporte.

2.1. EFECTOS DEL CAMBIO CLIMÁTICO

Los efectos del cambio climático son cada vez más evidentes y han llevado a realizar algunos acuerdos internacionales que buscan comprometer a las naciones a disminuir la emisión de gases de efecto invernadero. Sin embargo, esto requiere grandes inversiones de capital y sugiere un reto importante para algunos sectores de la economía.

Actualmente, las concentraciones de CO2 han superado la variación natural en el último medio millón de años y están aumentando drásticamente. Según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) con las emisiones de CO2 actuales se espera un aumento de 2°C en el promedio de la temperatura global. Este aumento significaría un adicional de dos billones de personas afectadas por la escasez de agua, la pérdida de gran cantidad de ecosistemas con mayor biodiversidad (incluyendo los arrecifes de coral) y un incremento del riesgo de extinción de al menos el 25 % de especies del mundo. [1]

Para el cumplimiento de las exigencias de las políticas ambientales, es necesario considerar la contaminación como una externalidad clave dentro los mercados. Factor que será determinante para el sector eléctrico.

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Para el caso de Colombia, aunque sus emisiones son bajas6, la contaminación generada en otras latitudes ha tenido un impacto ambiental considerable, con respecto a la disponibilidad de los recursos naturales en el territorio Nacional. Esto sugiere una invitación a la diversificación en la generación de energía eléctrica para evitar la dependencia de la disponibilidad de los recursos hídricos, ya que actualmente, la generación del Sistema de Interconexión Nacional (SIN) depende en un 60,13% de las plantas hidráulicas. Así mismo, según los acuerdos que se firmaron en la COP21, el país se comprometió a disminuir en un 20% la cantidad de emisiones generadas por año. Estos dos factores sugieren un reto importante para el plan de expansión en generación ya que se debe pensar en tecnologías más verdes y más eficientes.

2.2. CONTEXTO INTERNACIONAL – CASO DE LA

UNIÓN EUROPEA

Debido al riesgo ambiental al que está expuesto el planeta con el aumento de la temperatura en la superficie terrestre, y con el objetivo de enfrentar los desafíos de este cambio climático, se han planteado distintas estrategias para estabilizar la temperatura mediante la reducción de GEI. En este sentido, la Unión Europea ha propuesto una serie de medidas para cumplir sus nuevos objetivos para 2020. Esta medida se conoce como el plan 20/20/20 y tiene como objetivo alcanzar un futuro sostenible para Europa, construyendo economías que generen pocas emisiones de carbono y consuman menos energía.

Con respecto a las cifras de 1990, la Unión Europea se ha comprometido a reducir sus emisiones de GEI en un 20% para el 2020 mediante dos estrategias principales: I) Incentivar y promover el uso de energías renovables como fuentes de generación hasta alcanzar un 20% de participación en la canasta energética y un 10% en el sector del transporte; y II) reducir en un 20% el consumo de energía mediante una mayor eficiencia energética.

Para cumplir estos objetivos y desarrollar las estrategias propuestas, la Unión Europea cuenta con diversas herramientas económicas y políticas, que permiten la cooperación e interacción internacional para cumplir con estos compromisos. Una de estas es el régimen de comercio de derechos de emisión, a través del cual los países pertenecientes a la Unión Europea pueden comprar y vender derechos de emisión de acuerdo con los límites establecidos. Bajo este régimen, cada país recibe una asignación de Derechos de Emisión que establece la cantidad de emisiones de GEI que se le permite a cada central eléctrica para un periodo de tiempo específico. De esta forma, para garantizar la rentabilidad de la iniciativa, cada Estado o central eléctrica puede escoger entre reducir sus emisiones o comprar derechos de otros agentes con exceso de permisos.

Por otro lado, se están desarrollando iniciativas como la captura y almacenamiento subterráneo del carbono (CCS), que busca aliviar los efectos provocados por la producción de carbón y gas. Adicionalmente, se creó el Plan para el desarrollo de Tecnologías estratégicas en el campo de Energía (SET Plan), que busca promover la participación de la industria en los compromisos ambientales, a través de las Energy Industrial Iniciatives (Ells). Estas iniciativas buscan promover la inversión en la investigación e implementación de tecnologías alternativas como fuentes para el abastecimiento energético de los procesos de producción de cada industria; así como la implementación de tecnologías que permitan la reducción de emisiones como el CCS.

Para el objetivo de alcanzar el 20% en generación por energías renovables, la estrategia se distribuye entre los países de la UE teniendo en cuenta el consumo de renovables en 2005, su potencial en recursos renovables y el PIB per cápita de cada país como se muestra en la Figura 1.

6 Según el CDIAC (Carbon Dioxide Information Center), Colombia ocupa el puesto 43 de 220 en el

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Figura 1. Distribución de metas entre países de la UE [6]

De esta forma, según los objetivos establecidos por la UE, cada país debe elaborar y desempeñar un plan de acción en donde se indique la producción con renovables en el sector de transporte y de electricidad, teniendo en cuenta medidas de eficiencia energética. Algunas de estas medidas y los resultados de obtenidos por país se presentan a continuación.

2.2.1.

ESPAÑA

Como respuesta a los objetivos planteados por la UE para España, se creó un Marco Normativo Nacional consolidado por los siguientes planes:

 Plan de acción 2005-2007 / 2008-2012 / 2011-2020: Estrategia de Ahorro y Eficiencia Energética

en España 2004-2012

 Plan de acción 2005-2010 / 2011-2020: Plan de Energías Renovables

 Planificación energética indicativa 2012-2020

De esta forma, según el Plan de Energías Renovables 2005-2010, el 12.1% del consumo total debía ser abastecido por fuentes renovables y los biocarburantes participarían en un 5.83% en el consumo de gasolina y gasóleo para el sector del transporte. Como resultado, de acuerdo con la metodología establecida en la Directiva 2009/28/CE, el porcentaje de energías renovables correspondiente al año 2010 fue de 13.2%, superando los objetivos propuestos. A continuación, en la Figura 2 se muestra la participación de cada fuente de generación en el consumo final bruto de energía en 2010.

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Figura 2. Consumo final bruto de energía en 2010 [6]

Sin embargo, aunque los objetivos para el 2011 fueron superados y se tenían proyecciones muy optimistas para el cumplimiento de los objetivos para el 2020, en el 2012 el Gobierno español lanza un decreto que suspende de forma temporal las primas de nuevas instalaciones de régimen especial, debido a un elevado y creciente déficit que amenazaba la sostenibilidad del país provocado por la crisis económica europea. Este decreto además suspendió temporalmente los procedimientos de pre asignación de retribución renovable y los incentivos económicos para nuevas instalaciones a partir de renovables, residuos y cogeneración.

De este modo, debido al impacto de la crisis económica europea, las previsiones de la Agencia Europea del Medio Ambiente apuntan a que España no cumplirá la cuota de renovables del 20% sobre el consumo total de energía para 2020. [6]

2.2.2.

REINO UNIDO

Las obligaciones de Energía Renovable, que fueron introducidas en Inglaterra, Gales, Escocia e Irlanda entre 2002 y 2005, son ahora el principal instrumento político para promover y regular el desarrollo de grandes proyectos de generación eléctrica a partir de fuentes renovables. Para ello, en 2008 se introdujeron ciertos incentivos financieros, como el “Feed Tariff” y el “Carbon Price Floor”, para promover la generación de electricidad renovable con bajas emisiones de carbono, ofreciéndole la visibilidad a los agentes del mercado sobre los precios de estas emisiones en el futuro.

Adicionalmente, en 2010 y 2013 el Reino Unido lanza dos Leyes de Energía respectivamente, una para la Captura y Almacenamiento de Carbono, y otra para la implementación de un Mercado de Capacidad y Contratos por diferencia. Esta última Ley, además de generar nuevos ingresos para los generadores remunerando también la capacidad disponible, no solo a tecnologías con energías renovables sino a fuentes de generación bajas en carbono mediante los Contratos por Diferencias beneficia.

La Unión Europea, con base en el potencial de recursos renovables de la región, fijó el objetivo del uso de renovables para Reino Unido en un 15%. A continuación, en la Figura 4 se muestra la reacción de la canasta energética, frente a los esfuerzos realizados por Reino Unido para incentivar la participación de fuentes renovables, según la información suministrada por la Eurostat.

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Figura 3. Participación de fuentes renovables en el consumo final de Energía para Reino Unido [7].

En cuanto a la reducción de emisiones de GEI, en la Figura 4 se muestra la evolución del total de emisiones de GEI desde 2005, donde el objetivo Nacional se estableció en una reducción del 16% tomando como año base el 2005.

Figura 4. Emisiones de GEI de Reino Unido [7]

2.2.3.

ALEMANIA

La Directiva Europea de Energía Renovable (ERED) estableció para Alemania una meta del 18% de participación de fuentes renovables en el consumo final de energía para el 2020. Como respuesta, el país germano lanza una política energética llamada Energiewende que busca iniciar una transición hacia un suministro eléctrico bajo en carbono, ambientalmente sano y que garantice la confiabilidad y estabilidad del sistema. Además, siguiendo las iniciativas del Energiewende, la Ley Alemana de Energía Renovable EEG estableció objetivos aún más ambiciosos para largo plazo, fijando unas metas del 40-45% para 2025 y 55-60% para el 2035. [8]

Según la EEG, para alcanzar estos objetivos se implementará la política de mercado FiT

“Feed-in-Premium”, la cual se ha venido trabajando desde el 2000 y será la principal herramienta económica

para el cumplimiento de las metas propuestas. El FiT, similar a una política de “Feed-in-Tariff”, busca fijar por un periodo de 20 años, dependiendo de la tecnología utilizada y el nivel de la tarifa, un precio regulado para la energía generada mediante fuentes renovables que permita la participación de estas alternativas en el mercado mayorista. El costo generado por esta iniciativa se busca cubrir mediante un recargo en la factura del cliente final. [8]

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 Wind onshore: 2500 MW/año adicionales

 PV: 2500 MW/año adicionales

 Wind offshore: 6500 MW para 2020

 Biomass: 100 MW adicionales por año

Los niveles establecidos por el FíT para agosto del 2014 y las proyecciones para la oferta de renovables se muestran en la Figure 5 y la Figure 6 respectivamente.

Figure 5. FiT levels for August 2014 [8]

Figure 6. Energy supply from renewable sources [8]

En cuanto al tema de la eficiencia energética, bajo el concepto de energía, Alemania se ha comprometido a reducir en un 20% el consumo de energía primaria para el 2020, y un 50% para el

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2050 (comparado con los niveles de consumo del 2008). Ahora bien, en cuanto al consumo total de energía, las metas son del 10% para el 2020 y el 25% para el 2050. Sin embargo, si bien el país tiene una serie de políticas para apoyar la eficiencia energética y se ha logrado una reducción de pérdidas importantes a lo largo del tiempo, se presume que para alcanzar las metas establecidas será necesario el desarrollo y la implementación de nuevas medidas regulatorias en el mercado.

Uno de los principales instrumentos para lograr los ahorros de energía propuestos que fijó la Directiva Europea de Eficiencia energética (EEED), será la reducción obligatoria del 1,5% anual en el consumo final de energía durante el periodo entre 2014 y 2020. Este objetivo puede cumplirse ya sea por medio de una regulación que obligue a la búsqueda de eficiencia energética por parte de todas las empresas de distribución o de proveedores de servicios energéticos, o mediante medidas alternativas equivalentes. [8]

2.2.4.

RESULTADOS DEL 20/20/20 EN EUROPA

Según las predicciones de UE, en términos generales, los objetivos establecidos para el 2020 pueden alcanzarse. A continuación, se muestran los resultados parciales de la estrategia 20/20 con los últimos datos obtenidos.

Tabla 1. Objetivos y resultados parciales del 20/20/20 [7] Objetivos para la UE 2020 Últimas cifras

Reducir las emisiones al menos en un 20%

comparado con los niveles de 1990 Reducción del 17,9% (2012)

Incrementar el uso de energías renovables en el

consumo final hasta un 20% 14,1% (2012)

Incrementar en un 20% la eficiencia energética (medida como la relación entre el consumo de energía primaria y el consumo final de energía)

Consumo de energía primaria: incremento del 11,9% en la eficiencia energética. Consumo de energía final: incremento del 12,8%

en eficiencia energética

Como se puede observar en la Tabla 1, el progreso ha sido evidente. Según la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA), las emisiones de GEI en 2012 se redujeron un 17.9% y se espera alcanzar el 24% en 2020; el uso de energías renovables alcanzó el 14,1% en 2012 y se podría llegar a alcanzar el 21% en 2020; y aunque las cifras del consumo de energía primaria y la eficiencia energética van por buen camino, la recuperación económica de Europa podría ralentizar este objetivo.

2.2.5.

MÁS ALLÁ DE 2020

Con base en el progreso obtenido para el cumplimiento de las metas establecidas para el 2020, en 2014 los dirigentes de la UE establecieron nuevos objetivos fundamentales en el marco del desarrollo ambiental y energético para el 2030. [7]

 Reducción del 40% de GEI con respecto a los niveles de 1990

 Participación del 27% de las energías renovables en el consumo final eléctrico.

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La AEMA espera que estas metas lleven a la UE a un periodo de transición, en el cual se implementen nuevas medidas rentables para conseguir el principal objetivo de largo plazo de disminuir las emisiones un 80-95% en 2050.

Para conseguir este objetivo, los sectores pertenecientes al Régimen de Comercio de Derechos de Emisión (RCDE), deberán alcanzar una reducción del 43% en relación con los niveles de 2005. Adicionalmente, los sectores que no pertenecen al RCDE deben alcanzar un 30%, para lo que se establecerá objetivos vinculantes en cada Estado miembro.

2.2.6.

EXPERIENCIA INTERNACIONAL EN

ELECTRIFICACIÓN DEL TRANSPORTE

En Europa, a pesar que las ventas de vehículos eléctricos empezaron tímidamente en 2010, para 2012 ya había 58.000 carros eléctricos circulando por las calles y para el 2013 ya había el doble de este valor, debido a las políticas de incentivos. Luego, para 2015 se alcanzó un valor de 500.000 vehiculos y se pronosticaba un crecimiento con tasas incrementales que permitieran alcanzar el millón de carros para 2018. [9]

A continuación, se muestra una gráfica que permite observar el crecimiento de las ventas anuales de vehículos eléctricos entre los años 2014 y 2016 según The Electric Vehicle World Sales Database. [9]

Gráfica 1. Ventas mensuales de Vehículos Eléctricos (BEV) en Europa [9]

Si bien la penetración de vehículos no es una tarea fácil debido a los hábitos de consumo de la población y la alta resiliencia de la industria petrolera para mantener el control del mercado energético del transporte, las políticas de incentivos han permitido un crecimiento sostenido de las ventas anuales de BEV. Para 2020, Noruega prevé que no se vendan coches de motor térmico, mientras Holanda y Alemania retrasan esta iniciativa para 2025 y 2030 respectivamente [9]. Adicionalmente, se desarrollan planes para la instalación de puntos de carga y que permitan el desarrollo de las infraestructuras necesarias para adaptar la movilidad a los vehículos eléctricos. Ahora bien, para desarrollar un plan de incentivos que permita modificar los hábitos de consumo de la población colombiana, es necesario abordar el contexto nacional desde el sector del transporte como se desarrolla en la siguiente sección.

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2.3. CONTEXTO NACIONAL

Basado en esta política de restricción de ventas de vehículos térmicos, se realiza la metodología de este proyecto para la electrificación del transporte en Colombia y la diversificación de la canasta energética. Sin embargo, previamente se realiza un análisis de la composición del mercado colombiano, las políticas de eficiencia energética y la participación del transporte en el consumo de energía y emisión de CO2.

2.3.1.

EFICIENCIA ENERGÉTICA

Teniendo en cuenta que en 2015 la proporción de energía útil y pérdidas en la matriz energética nacional fue de 48% y 52% respectivamente, con unos costos estimados de energía desperdiciada cercanos a los 4.700 millones de dólares al año; es claro que el potencial teórico de Colombia para mejorar la eficiencia energética es significativo. [10]

Colombia tiene tres principales retos en cuanto a la eficiencia tecnológica para generación termoeléctrica: I) En primer lugar, se espera aumentar significativamente la eficiencia de transformación de las centrales mediante el uso de ciclos combinados con turbinas de gas y de vapor, y la utilización y penetración comercial generalizada de calderas con ciclos de vapor supercríticos y ultra-supercríticos; II) evitar las emisiones de CO2 mediante tecnologías de separación y almacenamiento; III) impulsar la generación distribuida con la aparición de micro redes que generarán cerca de los puntos de consumo como mecanismo eficiente para la generación de energía.

2.3.2.

SECTOR DEL TRANSPORTE

El sector del transporte es el que mayor potencial ofrece para alcanzar una reducción de emisiones de GEI significativa, por medio de metodologías que incentiven un cambio en los hábitos de consumo y la diversificación de los combustibles utilizados como energéticos. Como se puede observar en la Tabla 2, es el sector donde se realiza el mayor consumo de energía y el que más contribuye a las

emisiones de 𝐶𝑂2. Para el 2015, el consumo final del sector del transporte fue 495.512 TJ, usando el

ACPM y la gasolina motor como principal fuente de energía, con una participación del 37% y 40% respectivamente (UPME, 2016).

(18)

Tabla 2. Consumo energético BECO 2015 [4]

Según el Programa de Uso Racional y Eficiente de la Energía (PROURE) [4], las estrategias planteadas para la reducción del consumo y la generación eficiente de la energía para el sector del transporte son: I) reconversión tecnológica del parque automotor, renovación con vehículos eficientes y promoción de la introducción de vehículos eléctricos e híbridos en los sistemas de transporte público de pasajeros (colectivo y masivo); II) implementación de planes de movilidad urbana y proyectos para desincentivar el uso del vehículo particular (automóviles y motos), acompañados al mismo tiempo de la promoción del uso de energéticos alternativos para este segmento, dado el crecimiento en la tenencia de vehículos particulares y motos per cápita; III) promoción de buenas prácticas en el

sector, a partir de programas de información y capacitaciónimpartida por instituciones técnicas y

tecnológicas a conductores de vehículos particulares, transporte de carga y de pasajeros; y IV)

promoción del uso de energéticos alternativos en los vehículos detransporte de carga y optimización

de la logística de carga en el país, medidas que se articulan conlas acciones definidas en la Política

de Prevención y Control de la Contaminación del Aire. [10]

Para lograr los objetivos planteados y mejorar la eficiencia en el consumo de energía en general, y continuando con las políticas del Plan de Acción 2010-2015, se tienen dos medidas principales. La primera, corresponde a guiar los hábitos de consumo, mediante los precios de los energéticos, donde estos transmitan al consumidor la información que refleje su escasez relativa, sus costos de producción, e incluso que internalicen los costos de las externalidades. En segundo lugar y de una forma más tangible y cuantitativa, se busca promover el uso de nuevas tecnologías que permitan reducir la intensidad energética y las emisiones de GEI. Para esta última, se usan incentivos tributarios de exclusión de IVA y deducción de renta líquida para las tecnologías limpias, para impulsar el recambio tecnológico de los sistemas de transporte público. [10] La bondad del instrumento está expresada por los resultados satisfactorios desde su implementación en 2010, y resulta fundamental para lograr la transformación del sector, necesaria para alcanzar las metas del país frente a los compromisos de la COP21. Para el caso particular del transporte, se proponen las alternativas planteadas en la Tabla 3, para el cumplimiento de las medidas mediante los distintos incentivos tributarios y no tributarios asociados a la eficiencia energética del sector.

(19)

Tabla 3. Propuesta de medidas de eficiencia energética [10]

Los escenarios de eficiencia energética contemplan la diversificación de la demanda mediante la reducción del consumo de combustibles líquidos y la sustitución por el uso de gas natural comprimido (GNVC) y la electricidad. Sin embargo, aunque estas medidas contribuyen a la eficiencia y generan un ahorro en el consumo de energía final, debido al reemplazo de los energéticos, se prevé un aumento importante en la demanda de electricidad que será un aspecto importante a tener en cuenta. Algunas de las iniciativas más importantes con respecto al uso del GNV y la electricidad en el transporte que plantea el PROURE son las siguientes: [4]

 Impulso de vehículos dedicados a GNV para el servicio público intermunicipal de pasajeros

 Impulso de vehículos dedicados a GNV para vehículos públicos de Bogotá

 Reemplazo de la flota de combustión del sector oficial, por vehículos eléctricos – meta de EE

a 2021

 Sustitución del total de la flota de taxi en las principales ciudades del país por vehículos

eléctricos – meta de EE a 2021

 Entrada de motos eléctricas y automóviles eléctricos nuevos a nivel nacional

 Entrada de vehículos eléctricos e híbridos en el transporte público de pasajeros de las

principales ciudades del país

 Establecimiento de los estándares de eficiencia energética en el sector y etiquetado para los

vehículos

 Medidas relacionadas con el GNL y el GLP

Se evaluó el potencial de ahorro de estas alternativas y, según lo explicado anteriormente, debido a que la disminución en el consumo final de energía se debe a que la utilización de la electricidad será el reemplazo de los combustibles líquidos, en la Tabla 4.

(20)

Tabla 4. Porcentaje de cambio en el consumo de fuentes de energía en el sector del transporte [4].

En total se espera un aumento en la demanda de electricidad de 490 GWh y se espera reducir el consumo del ACPM y la gasolina motora en un 4,8% y 8,9%. Así mismo, como se muestra en la Tabla 5, se espera una reducción de 424.41 TJ para el 2022 en el sector del transporte, lo que significa un ahorro del 5,49% sobre el escenario base.

(21)

Tabla 5. Metas indicativas de ahorro 2017-2022 [4]

Así mismo, como se muestra en la Tabla 6, se calcularon las emisiones de 𝐶𝑂2 evitadas con cada una

de estas iniciativas y se obtuvo un total de 31.658.928 Mton.

Tabla 6. Emisiones netas evitadas de CO2 para 2022 (datos de [4] )

MEDIDA

EMISIONES NETAS

EVITADAS DE CO2 (MTON)

Cambio en el consumo de los energéticos por vehículos de nuevas

tecnologías a la flota de servicio intermunicipal

1.304.616

Cambios en el consumo de energéticos por ingreso de vehículos a

GNV en Transmilenio y SITP

112.023,20

Cambios en el consumo de los diferentes energéticos por

reemplazo de vehículos oficiales a 2022

10.821.493,10

Cambios en el consumo de los diferentes energéticos por

reemplazo de taxis a 2022

77.649,60

Cambios en el consumo de los diferentes energéticos por ingreso

de motocicletas eléctricas

2.199,70

Cambios en el consumo de los diferentes energéticos por ingreso

de automóviles eléctricos

8.671,50

Cambios en el consumo de los diferentes energéticos por entrada

de vehículos híbridos y eléctricos hasta 2022

154.164,40

Cambios en el consumo de los diferentes energéticos por entrada

de vehículos a GLP hasta 2022

9.637.618

Cambios en el consumo de los diferentes energéticos por entrada

de vehículos a GNL hasta 2022

9.540.492

Total

31.658.928

En resumen, los datos más relevantes de los objetivos de eficiencia energética para el sector del transporte se presentan a continuación en la Tabla 7.

Tabla 7. Resultados de EE en el sector del transporte

Aumento de la demanda de electricidad 490 GWh

Ahorro de energía

424,41 TJ

(22)

Ahora bien, para tener una idea del crecimiento esperado de la demanda de energía en Colombia y las alternativas de expansión en generación para 2030, con el fin de tener una base para desarrollar planes de sustitución de combustibles fósiles por electricidad en el transporte, es necesario remitirse al Plan de Expansión en Generación de la UPME [11] como se muestra a continuación.

2.3.3.

PLAN DE ASCENSO TECNOLÓGICO

El Plan de Ascenso Tecnológico (PAT) tiene como objetivo mejorar la calidad del aire y reducir la contaminación en Bogotá, debido a las emisiones de gases de vehículos. Para ello, se están implementando tecnologías de cero o bajas emisiones en el Sistema Integrado de Transporte Público (SITP), mediante la conversión de la flota por buses eléctricos y de gas natural (GNV y GLP). Para desarrollar esta iniciativa, se están tomando las siguientes líneas de acción:

- Situar a Bogotá como ciudad laboratorio y banco de pruebas para nuevas tecnologías del

transporte

- Corredor verde carrera décima/séptima

- Ascenso tecnológico en el componente zonal

- Ascenso tecnológico en el componente troncal

El 15 de abril de 2014 empezó la operación de la primera flota de 200 buses híbridos en Bogotá, con rutas asignadas por la carrera séptima. Con esta acción como punto de partida, el PAT busca obtener beneficios ambientales y energéticos, con un ahorro estimado del 84% y 7% en emisiones de material articulado y CO2 correspondientemente según el Ministerio de ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Adicionalmente, se espera un ahorro del 40% en el consumo de combustible según la UPME y el Ministerio de Minas y Energía. [12]

Para permitir la entrada de tecnologías más limpies y eficientes, se diseñó el siguiente esquema de incentivos tributarios.

(23)

2.3.4.

PROYECCIÓN DE DEMANDA Y EXPANSIÓN EN

GENERACIÓN UPME

El ejercicio de la proyección de la demanda, ofrece información determinante para el planeamiento de la generación de energía eléctrica en el país, donde se pronostica de manera anticipada, eficaz y eficiente los requerimientos de generación para un periodo futuro. El correcto uso y recolección de la información arrojada por un estudio de demanda puede evitar desequilibrios en el Mercado de Energía Mayorista.

De esta forma, dado que el objetivo principal de este proyecto es incrementar la demanda de energía eléctrica, para permitir el ingreso de las energías renovables mediante la modificación de la distribución de la canasta energética del transporte, se debe tener en cuenta el plan de expansión para que las iniciativas propuestas por el proyecto estén alineadas con las proyecciones de expansión de generación de la UPME.

Figura 1. Proyección de demanda de energía (2014)

La proyección conjunta nacional más GCE y Panamá, tendrá un crecimiento promedio anual en el escenario medio del 3.12% durante el periodo proyectado. [11]

Figure 2. Proyección de demanda de potencia máxima (2014)

El crecimiento promedio anual de la proyección nacional más los GCE seria 2.46%, y si se adiciona a está la proyección de Panamá aumentaría en 0.13% entre 2015 a 2029. [11]

Estas proyecciones indican que para el horizonte 2021-2029 se requeriría un incremento de la capacidad instalada, la cual se busca abastecer mediante una expansión en generación. Algunos escenarios de expansión elaborados por la UPME se muestran a continuación.

(24)

 Escenarios de expansión en generación

Los escenarios de generación que plantea la UPME son el resultado del balance entre la proyección de demanda de energía eléctrica y la Energía en Firme para el Cargo por Confiabilidad-ENFICC, considerando también las Obligaciones de Energía en Firme-OEF de las plantas futuras que están actualmente en construcción.

Adicionalmente, se calculan las emisiones esperadas de CO2 para las alternativas de largo plazo, el

efecto del cambio climático y los costos nivelados de capital y generación de cada alternativa.

Figure 3. Escenarios de Generación 2015-2029

Figure 4. Resultados de emisiones del escenario 12

Finalmente, se presenta la valoración del escenario 12 durante los años entre 2015 y 2030, bajo cinco indicadores de saber: resiliencia hidráulica, costo marginal, emisiones, costo nivelado de capital normalizado e índice global. [11] Sin embargo, aunque el Escenario 12 presentó el mejor desempeño, cabe evaluar si el porcentaje de reducción de emisiones que ofrece, se encuentra alineado con los objetivos de la COP 21 y si es necesario implementar medidas adicionales para alcanzar las metas establecidas.

A continuación, se presenta una sección dedicada a la eficiencia energética focalizada en el sector del transporte, tomándolo como punto de partida para los planes de sostenibilidad energética y ambiental de Colombia.

(25)

3. METODOLGÍA

Con el objetivo de modificar la canasta energética del sector transporte para 2030, para obtener una distribución que se encuentre alineada con los objetivos ambientales y permita la diversificación del uso de combustibles, sustituyendo los tradicionales por aquellos que ofrecen mayor eficiencia y menor cantidad de emisiones, a continuación se plantean distintos escenarios que permiten observar la participación de la electricidad y el gas natural, y los resultados en términos de eficiencia, reducción de emisiones y aumento de la demanda de energía eléctrica.

Como herramienta principal se utilizó el MEEAVE, el cual se explica con mayor detalle en la primera sección de metodologías, haciendo énfasis en el cálculo de la disminución de emisiones con base en la eficiencia de cada combustible y la penetración progresiva de vehículos eléctricos según la participación en ventas anuales, el crecimiento del parque automotor y los hábitos de consumo de la población.

En primer lugar, se definieron unos límites de participación de vehículos eléctricos en la flota nacional para 2030, haciendo uso del MEEAVE. Bajo estos límites, se diseñaron dos escenarios que permiten observar las propuestas para la distribución de la canasta energética. En primer lugar, se analiza el Escenario 1 que evalúa la participación de la electricidad en la canasta con un valor del 6%. Luego, partiendo de este primer escenario, se busca introducir el GNV y el GLP, teniendo en cuenta los niveles de producción proyectados hasta 2030.

3.1. MODELO DE EVALUACIÓN ECONÓMICA Y

AMBIENTAL DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

Con el fin de realizar una evaluación profunda de las trayectorias de penetración de vehículos eléctricos por modo, este proyecto utiliza el Modelo de Evaluación Económica y Ambiental de Vehículos Eléctricos (MEEAVE) como herramienta para hallar la reducción de emisiones de cada implementación y la viabilidad de la sustitución de la flota en cada escenario. El modelo está dividido en tres grandes categorías que son: (i) simulación, que busca analizar el comportamiento del sistema bajo ciertas condiciones iniciales y parámetros definidos que varían en el tiempo; (ii) cálculo, que se enfoca en la estimación cuantitativa de los parámetros ambientales y económicos, para sintetizar los resultados de forma estadística; y (iii) optimización, que luego de fijar los criterios de selección deseados, halla el valor óptimo comparando varios casos que cumplan con los requerimientos establecidos. [13]

A pesar que existen otros modelos con mayor cantidad de parámetros, que permiten análisis más profundos acerca de la penetración de vehículos eléctricos, como ADVISOR (Gao, Mi, & Emadi), LEAP (SEI's COMMEND programme) que fue utilizado en Tailandia y algunos otros desarrollados en la Universidad de Paris y en Oxford [13], el MEEAVE fue desarrollado por la Universidad de los Andes para evaluar el caso específico de Colombia y provisto para este proyecto, con el fin de extender un análisis acerca de la sustitución de combustibles para el año 2030 y la contribución ambiental para los objetivos de la COP 21.

El MEEAVE cuenta con cinco módulos que permiten el análisis de cada sub-sector de la flota en un horizonte de tiempo de 30 años, lo que se llama a lo largo del proyecto como un “modo”. El primer módulo corresponde a la caracterización técnica y económica de las diferentes tecnologías de transporte que se evalúan en cada modo, donde se tiene en cuenta el tipo de combustible, los costos de inversión y mantenimiento, el consumo promedio y el tiempo de vida de cada vehículo. El segundo módulo requiere los parámetros de precio y factor de contaminación de cada fuente de generación para la energía, teniendo en cuenta las emisiones de GEI asociadas a la producción de electricidad.

(26)

El tercer módulo, considera el comportamiento de la demanda de cada modo, asociado a los kilómetros recorridos y la cantidad de vehículos por año. El cuarto módulo, permite determinar los escenarios de penetración de la flota eléctrica, estableciendo diferentes objetivos para el año final

como: kilómetros recorridos, participación en ventas7, porcentaje de participación de VE8 y

trayectoria de penetración. Por último, el módulo cinco está diseñado para presentar los resultados de forma numérica y gráfica que busca brindarle al usuario una fácil interpretación de las datos de cada escenario, mostrando la diferenciación entre costos, de consumo de energía y la emisión de CO2 desagregado por tipo de combustible comparando con la línea base.

Ahora bien, los modos están divididos dependiendo de las características técnicas y operacionales de cada vehículo que presenta el parque automotor de Colombia distribuido en: buses, utilitarios, particulares, taxis y motos.

A continuación, se presentan algunos de los valores que se establecen en el MEEAVE para la simulación de los escenarios en la Tabla 8.

Tabla 8. Valores de Energía - Módulo 2 del MEEAVE [13]

Precio inicial electricidad [US$ cents / kWh]

20

Precio final electricidad [US$ cents / kWh]

20

Factor emisión CO2 inicial electricidad [g/ kWh]

175

Precio inicial gasolina [US$ cents /l]

135,4123

Precio final gasolina [US$ cents /l]

338,5307

Factor emisión inicial CO2 gasolina [g/ l]

2338

Precio inicial gas natural [US$ cents /m3]

83,8593

Precio final gas natural [US$ cents /m3]

209,6483

Factor emisión CO2 inicial gas natural [g/ m3]

227

Precio inicial Diesel [US$ cents /l]

121,9704

Precio final Diesel [US$ cents /l]

304,9259

Factor emisión CO2 inicial Diesel [g/ l]

12,59

3.2. PARTICIPACIÓN MÁXIMA DE VEHÍCULOS

ELÉCTRICOS

Para este escenario se utilizó el MEEAVE, tomando como referencia los resultados de la participación en ventas para establecer el límite de penetración de vehículos eléctricos por modo, de forma que las ventas alcanzaran el 100% en el año final de la medida, sea este 2030 o 2040.

Para realizar esta simulación, para cada modo es necesario comparar un modelo de vehículo eléctrico con uno de combustión de características técnicas muy similares. Además, se debe tener en cuenta la cantidad de kilómetros recorridos por año para cada modo, con el supuesto de que este valor no cambiará a través de los años en el modelo. Esta información se muestra a continuación

en la Tabla 99.

7 La medida de participación de las ventas del año final, se utiliza en este proyecto para determinar

el límite de participación de vehículos eléctricos en la flota como se muestra en el apartado 4.2

8 Vehículos Eléctricos

9 La información de los vehículos es actualizada para modelar el escenario de máxima participación.

(27)

Tabla 9. Buses - Taxis

Buses

Combustión Eléctrico

Volvo B240R – Diésel [14] BYD k9 [15]

Vida útil [años] 10 Precio inicial BEV [US$] 430000

Eficiencia [l/100km] 75,71 Autonomía [km] 259

Costos de mantenimiento [$US] 5000 Eficiencia [Wh/km] 324

Precio del vehículo [$US] 400000 Vida útil Baterías [Ciclos] 1500

Costo de la Batería [US$] 113400

Recorrido [km/año] 70000

Taxis

Combustión Eléctrico

Hyundai Accent [16] BYD E6 [17]

Vida útil [años] 15 Precio inicial BEV [US$] 40000

Eficiencia [l/100km] 6,4 Autonomía [km] 300

Costos de mantenimiento [$US] 1000 Eficiencia [Wh/km] 160

Precio del vehículo [$US] 12000 Vida útil baterías [Ciclos] 3000

Costo de la Batería [US$]

(28)

Tabla 10. Utilitarios - Automóviles - Motos

Utilitarios [18]

Combustión Eléctrico

Renault Kangoo Renault Kangoo

Vida útil [años] 15 Precio inicial BEV [US$] 29128

Eficiencia [l/100km] 7,7 Autonomía [km] 170

Costos de mantenimiento [$US] 250 Eficiencia [Wh/km] 155

Precio del vehículo [$US] 19738 Vida útil Baterías [Ciclos] 1500

Costo de la Batería [US$]

Recorrido [km/año] 37000

Automóviles

Combustión Eléctrico

Nissan Qashqai [19] Nissan Leaf [20]

Vida útil [años] 15 Precio inicial BEV [US$] 21605

Eficiencia [l/100km] 5 Autonomía [km] 199

Costos de mantenimiento [$US] 250 Eficiencia [Wh/km] 173

Precio del vehículo [$US] 23750 Vida útil Baterías [Ciclos] 1500

Costo de la Batería [US$]

Recorrido [km/año] 26000

Motos

Combustión Eléctrico

AKT TTR 125 [21] BSG Airstream [22]

Vida útil [años] 15 Precio inicial BEV [US$] 1471,59

Eficiencia [l/100km] 3,15 Autonomía [km] 50

Costos de mantenimiento [$US] 150 Eficiencia [Wh/km] 46

Precio del vehículo [$US] 1878,85 Vida útil Baterías [Ciclos] 1500

Costo de la Batería [US$] 805

(29)

Adicionalmente, es necesario conocer la cantidad de cada flota y con base en las tasas de crecimiento históricas, realizar una proyección del crecimiento para los años de estudio. Para ello, se utilizó la información del número de vehículos y la proyección de crecimiento de la base de datos del Registro Único Nacional de Tránsito (RUNT), mostradas en la Figura 1.

Figura 8. Cantidad de vehículos y proyección de crecimiento (RUNT, 2013) [4]

Con base en esta información, se realizó la proyección de crecimiento de la flota para 2040 y se agrupó por modo, como se muestra en la Tabla 12. La agrupación de estas categorías en cada modo del MEEAVE se presenta en la Tabla 11, donde es importante resaltar que, para la categoría de Buses, la sustitución tecnológica se dará únicamente en busetas y microbuses, dejando a un lado los buses intermunicipales por la necesidad de estaciones de recarga fuera de las ciudades, las cuales no están consideradas dentro de las metas de este proyecto para 2030. Así mismo, en la categoría de utilitarios, el recambio tecnológico por electricidad solo es posible para vehículos de carga liviana que operen dentro de la ciudad. Lo vehículos de carga pesada como tractocamiones, ofrecer mayor oportunidad para el uso de GNV y GLP en la flota, por la tecnología de los vehículos y sus factores de actividad.

Tabla 11. Cambio de categorías RUNT/MEEAVE

Buses Buses + Busetas + Microbuses

Taxis Taxis

Utilitarios Camiones + Tractocamión Particulares Automóviles + Camperos + Camionetas

Motos Motos

Tabla 12. Proyección del crecimiento de la flota carretera en Colombia (Miles de vehículos)

2013 2017 2030 Buses 120.301 128.521 163.673 Taxis 219.581 247.140 373.822 Utilitarios 337.537 367.805 497.642 Particulares 3.892.205 4.517.475 7.623.456 Motos 5.395.101 7.071.877 18.235.076 Total 9.964.725 12.332.818 26.893.669

(30)

Finalmente, con todos estos supuestos se halló el porcentaje máximo de participación de vehículos eléctricos de cada flota mostrados en la Tabla 13.

Tabla 13. Valor máximo de participación de vehículos eléctricos en la flota del 2030

Vehículos eléctricos Particulares 23% Utilitarios 27% Taxis 30% Buses 38% Motos 27%

3.3. ESCENARIO 1 – PARTICIPACIÓN DE

ELECTRICIDAD EN EL TRANSPORTE

Con base en los resultados de participación máxima de VE en la flota, la primera alternativa que será evaluada es la disminución en el uso de gasolina y ACPM, para permitir la participación del 6% de la electricidad.

Para proyectar la distribución de la canasta energética del transporte a 2030, se utiliza la proyección de los principales combustibles de la canasta (Figura 9) para convertir los valores del año final en unidades de energía.

Figura 9. Proyección del consumo de combustibles en el sector sub-carretero. [7] Tabla 14. Equivalente de energía por unidad de combustible

1 kBDC (Diesel) = 2069,55 TJ/año 1 kBDC (Gasolina) = 1945,45 TJ/año 1 kBDC (GLP) = 1481,9 TJ/año 1 MPCD = 415,9030752 TJ/año 1 GWh = 3,6 TJ 1 GBTU = 1,055056 TJ

(31)

Tabla 15. Proyección de la distribución de los principales combustibles en la canasta.

Escenario BASE (bajo)

Diesel Gasolina GNV kBDC kBDC MPCD Sub-sector carretero 164,08 134,50 95,00 TJ/año Diesel Gasolina GNV 339.571,76 261.663,03 39.510,79 53% 41% 6%

Adicionalmente, al comparar esta distribución con la proyectada por la UPME, se establece un valor de consumo total de 667.064 TJ para 2030 en el sector sub-carretero, donde el 88% viene de combustibles fósiles y el 12% restante está distribuido entre biocombustibles, alcohol carburante y GNV. La Tabla 16, muestra la proyección del combustible por modo basada en las tasas de crecimiento de la flota y el consumo, y la Figura 10 presenta la distribución de la canasta según la proyección de la UPME. Como se puede observar, los valores de participación se aproximan a los proyectados previamente (incluyendo además el alcohol carburante y el biodiesel). Para este trabajo, se seleccionan los obtenidos por la UPME para observar la distribución de la canasta sobre en un escenario base.

Tabla 16. Proyecciones de la flota del sector carretero en Colombia a 2030

2030

Consumo [TJ] Vehículos [Miles] km recorridos [km/año]

Particulares 161.762 160.781 26.000 Utilitarios 185.703 362.934 37.000 Taxis 42.132 486.965 85.000 Buses 187.416 7.343.095 70.000 Motos 90.050 17.042.127 27.000 Total 667.064 25.395.902 245.000

(32)

Ahora bien, para definir la participación de vehículos eléctricos en la flota carretera nacional, se le asigna un porcentaje del total de la energía del sector a los vehículos eléctricos. De esta forma, se busca un valor que esté alineado con los límites arrojados por el MEEAVE y cumpla con las restricciones de máxima participación en ventas en el año final. Con base en esto, el valor máximo de energía que se le puede asignar a la electricidad de forma que la participación de VE no supere los límites es del 7.5%. Sin embargo, para establecer un objetivo alcanzable, se fijó un valor del 6% para la electricidad de 40.023,82 TJ. Con este valor, se realiza la proyección de participación de VE en la flota, basado en la eficiencia cada modelo por modo, hallando la energía correspondiente a cada uno, la cantidad de kilómetros que puede recorrer al año y finalmente la cantidad de vehículos por modo. Esta distribución se muestra con mayor detalle en la Tabla 17 y las ecuaciones correspondientes de cada columna.

Tabla 17. Distribución del 6% de la energía en vehículos eléctricos

Eficiencia % eléctricos/energía

Modo Modelo [kWh/k

m] [TJ/km] p. en Tjava [TJ] km.rec [km/año] VE.ava per.VE

Particulares Nissan Leaf 0,173 6,E-07 49% 19.612 3,E+10 1.211.135 18%

Utilitarios Kangoo 0,155 6,E-07 5% 2.001 4,E+09 96.929 20%

Taxis BYD 0,16 6,E-07 4% 1.601 3,E+09 32.699 22%

Buses BYD k9 0,324 1,E-06 9% 3.602 3,E+09 44.118 28%

Motos BSG 0,046 2,E-07 33% 13.208 8,E+10 2.953.986 21%

𝑇𝐽𝑡𝑜𝑡 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑎 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠 = 40.023,82 𝑇𝐽 𝑒𝑖= 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [ 𝑘𝑊ℎ 𝑘𝑚] 𝑒𝑇𝐽𝑖: 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑟 𝑢𝑛 𝑘𝑚 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [ 𝑇𝐽 𝑘𝑚] 𝑒𝑇𝐽𝑖= 3,6 𝑥10−6 𝑒𝑖 𝑝. 𝑒𝑛𝑖= 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [%] 𝑇𝐽𝑎𝑣𝑎𝑖= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [𝑇𝐽] 𝑇𝐽𝑎𝑣𝑎𝑖= 𝑇𝐽𝑡𝑜𝑡 ∗ 𝑝. 𝑒𝑛𝑖 𝑘𝑚. 𝑎𝑣𝑒𝑖= 𝐾𝑖𝑙ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑎ñ𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑢𝑛 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑘𝑚. 𝑟𝑒𝑐𝑖= 𝐾𝑖𝑙ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜 [ 𝑘𝑚 𝑎ñ𝑜] 𝑉𝐸. 𝑎𝑣𝑎𝑖= 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑉𝐸. 𝑎𝑣𝑎𝑖=𝑘𝑚. 𝑎𝑣𝑒𝑘𝑚. 𝑟𝑒𝑐𝑖 𝑖 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑖= 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑝𝑒𝑟. 𝑉𝐸𝑖 = 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑐𝑖𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑝𝑒𝑟. 𝑉𝐸𝑖= 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑖 𝑝𝑒𝑟. 𝑉𝐸𝑖

La nueva repartición del parque automotor, la distribución de la canasta, la reducción del consumo en términos de eficiencia y la reducción de emisiones se analizan en la sección de resultados.

(33)

3.4. ESCENARIO 2 – INCLUSIÓN DEL GVN EN LA

CANASTA DEL TRANSPORTE

A partir de los resultados del primer escenario, ahora se busca evaluar un incremento en el uso del GNV sustituyendo los combustibles tradicionales. Para ello, se utiliza el mismo procedimiento que se usó para los vehículos eléctricos, pero con la eficiencia de los vehículos de gas natural por modo. En este caso, se establece un aumento del 6% en la participación del gas natural y se busca el porcentaje de la flota de vehículos que se puede cubrir con esta cantidad de energía como se muestra en la Tabla 18.

Tabla 18. Aumento del 6% del GNV en la canasta. Escenario 2

Eficiencia % eléctricos/energía Vehículo m3/k m kwh/k m [TJ/km] p. en TJava [TJ] Km rec

[km/año] VG ava Per. VG

Particulares 0,06 0,65 2,46E-06 49% 19611,67 7,98E+09 306.828,48 5%

Utilitarios 0,069 0,79 2,83E-06 5% 2001,19 7,08E+08 19.131,25 4%

Taxis 0,06 0,68 2,46E-06 4% 1600,95 6,51E+08 7.661,50 5%

Buses 0,12 1,37 4,92E-06 9% 3602,14 7,33E+08 10.466,16 7%

Motos 0,05 0,57 2,05E-06 33% 13207,86 6,45E+09 238.783,52 2%

𝑇𝐽𝑡𝑜𝑡 = 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝐺𝑁𝑉 = 40.023,82 𝑇𝐽 𝑒𝑖= 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑎 𝑔𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [𝑚 3 𝑘𝑚] 𝑒𝑇𝐽𝑖: 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑟 𝑢𝑛 𝑘𝑚 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [ 𝑇𝐽 𝑘𝑚] 𝑒𝑇𝐽𝑖= 3,768𝑥10−12 𝑒𝑖 𝑝. 𝑒𝑛𝑖= 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [%] 𝑇𝐽𝑎𝑣𝑎𝑖= 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 [𝑇𝐽] 𝑇𝐽𝑎𝑣𝑎𝑖= 𝑇𝐽𝑡𝑜𝑡 ∗ 𝑝. 𝑒𝑛𝑖 𝑘𝑚. 𝑎𝑣𝑒𝑖= 𝐾𝑖𝑙ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑎ñ𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒 𝑒𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑢𝑛 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑘𝑚. 𝑟𝑒𝑐𝑖= 𝐾𝑖𝑙ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑢𝑒𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑎𝑙 𝑎ñ𝑜 [𝑎ñ𝑜𝑘𝑚] 𝑉𝐸. 𝑎𝑣𝑎𝑖= 𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑉𝐸. 𝑎𝑣𝑎𝑖= 𝑘𝑚. 𝑟𝑒𝑐𝑖 𝑘𝑚. 𝑎𝑣𝑒𝑖 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑖= 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑝𝑒𝑟. 𝑉𝐺𝑖= 𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒ℎí𝑐𝑢𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑟𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑜 𝑖 𝑝𝑒𝑟. 𝑉𝐺𝑖= 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑖 𝑝𝑒𝑟. 𝑉𝐺𝑖

La nueva repartición de la canasta y el aumento sustancial en el consumo de gas natural para el transporte se analizan en la sección de resultados.

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