¿Cuánto cuesta producir un kilowatt-hora eólico?


Por
Conrado Moreno Figueredo*


La energía eólica ya puede competir ampliamente
con la electricidad obtenida
del petróleo.

 

Resulta transcendental no permitir que continúe el calentamiento global, por lo que se hace necesario emplear fuentes energéticas que sustituyan a los combustibles fósiles. Muchos países, con políticas coherentes, consecuentes e inteligentes, han establecido leyes que apoyan e impulsan el uso de las fuentes renovables de energía, como Alemania, con más de veinte años con una Ley de Fomento de las Energías Renovables, al igual que más de 60 países en todo el planeta. En Cuba nos encontramos en una disyuntiva: o nos decidimos por una energía limpia y rentable, o por otra que conlleva un grave impacto ambiental y económico.

Aunque el autor confiesa no conocer con exactitud cuánto cuesta producir 1 kWh de electricidad en Cuba con petróleo, recopilando varias informaciones queda claro que el costo de la electricidad producida actualmente debe estar rondando los 0,20 USD/kWh, sin incluir las pérdidas por transmisión y distribución. Expertos cubanos estiman
que el costo de la electricidad producida en el Parque Eólico Gibara 1 alcanza los
0,07-0,08 USD/kWh, en sus veinte años de vida útil. En el mundo se estima que, como promedio, estos valores se ubican en menos de 0,10 USD/kWh.


Costo de la energía


El costo de la energía producida por una fuente de energía varía a lo largo de su vida útil debido a varios factores, entre otros, por el cambio del valor del dinero con el paso del tiempo en el período de explotación. Por esto, al hablar del costo del kilowatt-hora es necesario considerar el costo promedio de la energía producida en $ por kWh, ya sea USD, euro o cualquier otra moneda a lo largo de la vida útil de la instalación. Es decir, resulta necesario valorar el costo medio de producción de cada kWh producido, incluyendo todos los costos necesarios asociados a la instalación durante toda su vida útil, teniendo en cuenta el valor del dinero en cada momento. De esta forma es posible comparar en el plano económico las diferentes plantas que producen la misma energía, aunque las tecnologías sean diferentes.

El método más utilizado para calcular el costo medio de generación durante la vida útil,
es el del costo nivelado de la energía (CONE), medida principal que se emplea paradescribir y comparar la economía de los proyectos energéticos. En lo que respecta a las fuentes renovables de energía, el CONE representa la suma de todos los costos de un sistema energético con fuentes renovables de energía (SEFRE), operando totalmente a lo largo de su tiempo de vida con flujos financieros descontados con respecto a un año común. Este método expresa el valor medio con respecto a un año base de referencia, que normalmente es el momento actual, es decir, los costos por año son convertidos a sus valores actuales (año de comienzo del proyecto). Los componentes principales del CONE de un SEFRE son los costos de inversión (los que ocurren al comenzar el proyecto), y los costos recurrentes (se producen a todo lo largo de la vida útil del proyecto). Los más importantes en este caso son los costos de operación y mantenimiento (O&M), además de la producción de energía pronosticada. Si se consumiera algún combustible, habría que agregarse. La evaluación del costo de la energía producida en un SEFRE, necesita una evaluación cuidadosa de todos los componentes a lo largo de la vida del proyecto.

 

Fig. 1. Costo de la energía en un sistema eólico. Fuente: EWEA 2009.
 

Para calcular el costo del kWh producido se necesita conocer:

• Costos de inversión en USD/kW, incluyendo todos los componentes auxiliares necesarios para la instalación y la infraestructura en el año, t.
• Operación y mantenimiento (O&M), como costo fijo en USD/kW o variable en USD/kWh en el año, t.
• Producción de electricidad en kWh, en el año, t.
• Tasa de descuento, en %.
• Vida útil de la planta en años, n (comúnmente n = 20 años).La fórmula más elemental para calcular el CONE está dada por la suma de los costos anuales nivelados (inversión y O&M), con una tasa de descuento a lo largo de su vida útil, divididos por la producción anual de energía:

CONE = ΣCostos anuales / ΣProducción anual de electricidad, (USD/kWh)

Donde:

ΣCostos anuales es la sumatoria de los costos de inversión y O&M cada año, en USD, desde t = 1 hasta t = n.
ΣProducción anual de electricidad es la sumatoria de la electricidad producida, en kWh, cada año, desde t = 1 hasta t = n.Caso de la energía eólica
En la figura 1 se presentan los diferentes parámetros que intervienen en el costo medio del kWh producido por una planta eólica.


Costos de inversión de un parque eólico


Este tópico ya se analizó en el número 61 de la revista Energía y tú; no obstante, se hará un recordatorio. Los costos de inversión son los más significativos a la hora de calcular el CONE, si se tiene en cuenta que las turbinas cuestan entre 64-84% en parques instalados en tierra firme (parques terrestres), del total de la inversión en Europa. En la figura 2 se presenta el desglose de los costos de inversión de un parque eólico terrestre típico.

Como se observa, los costos de inversión más importantes son los de las turbinas eólicas, los que se completan con los costos de las cimentaciones, el equipamiento eléctrico, los costos del proyecto, la construcción de carreteras, etc. En el 2011, en China una turbina podía costar 700,00 USD/kW y alrededor de 1 500 USD/kW en países desarrollados. Los costos de inversión de parques ya instalados aumentan hasta 1 300 USD/kW en China, y
1 850-2 000 USD/kW en los países más desarrollados.


Costos de operación y mantenimiento

Los costos de O&M pueden dividirse en fijos y variables. Entre los fijos se encuentran el pago del seguro, los costos de administración, las tarifas acordadas de acceso a la red y los contratos de servicio para el mantenimiento programado. Los gastos variables incluyen las partes y piezas de repuesto, los materiales de reposición, el mantenimiento no cubierto por los contratos y la mano de obra.

Aproximadamente, 75-80% de los costos totales de la electricidad producida en un parque eólico terrestre a lo largo de su vida útil, están relacionados con los costos de inversión, mientras que la operación y mantenimiento alcanzan 20-25%, pudiendo llegar hasta 30%. Claramente, esta proporción está relacionada con los costos de inversión inicial. Si dichos costos de inversión inicial por kW son bajos, los de O&M deben ser proporcionalmente más altos, como ocurre en China, donde estos costos son mayores, más de 40%.

 

Fig. 2. Desglose de los costos de inversión en un caso
típico de un parque eólico terrestre.
 


Los inversionistas no pueden cambiar fácilmente la eficiencia de una turbina eólica, ni pueden por tanto influir en la producción anual de energía del parque eólico, pero sí pueden influir en los costos con una O&M debidamente concebida y realizada, y de esta forma alcanzar costos de producción de energía más bajos durante la vida útil de las máquinas. Por tanto, resulta importante entender que la O&M puede tener una gran influencia en la rentabilidad del parque.

Los costos de O&M varían en dependencia de varios aspectos. La O&M es diferente en cada región, debido a las características del viento, la localización geográfica, los costos de mano de obra, etc. La O&M es más difícil y mayor en los sitios donde las dificultades logísticas para el mantenimiento de las turbinas eólicas son mayores. Adicionalmente, la O&M se torna más cara cuando las turbinas son más viejas, y las posibilidades de fallos se incrementan. También la O&M depende del alcance del contrato. Algunos solo contemplan el mantenimiento de las turbinas eólicas, mientras que otros cubren también las carreteras de acceso, las líneas de transmisión, etcétera.

Por todo lo anterior, la determinación de los costos de O&M no es algo sencillo. La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA, por sus siglas en inglés) ha hecho estimaciones y ha llegado a la conclusión de que los costos de O&M más bajos tienen lugar en los Estados Unidos, con valores cercanos a los 0,01 USD/kWh de energía producida. Los países europeos alcanzan costos mayores, entre 0,013 y 0,015 USD/kWh. En losparques eólicos terrestres en Alemania se alcanzan los mayores costos, en un rango de 0,0282 a 0,0321 USD/kWh
(Tabla 1).

Tabla 1
Costos de operación y mantenimiento durante la explotación de parques eólicos terrestres



Producción de electricidad


Los costos estimados de la electricidad generada varían grandemente en dependencia del factor de capacidad, que a la vez depende de la calidad del recurso eólico y de las características técnicas de los aerogeneradores. Si la velocidad del viento se incrementa, la cantidad de energía disponible también se incrementa. Por tanto, el factor de capacidad aumenta rápidamente cuando la velocidad del viento se incrementa. Si la velocidad del viento se duplica, la energía entregada por la turbina aumenta ocho veces. De ahí que la localización de parques eólicos en sitios con alta velocidad del viento sea lo más aconsejable, pues al aumentar la producción de energía, el costo de la electricidad disminuye. El factor de capacidad se da en %, y en parques eólicos aceptables varía entre 25 y 30%.

Para conocer más sobre este factor, consulte el artículo « ¿Qué es el factor de capacidad?», del número 48 de la revista Energía y tú, correspondiente al IV
trimestre de 2009.


Costos nivelados de la energía estimados

En un reciente informe, IRENA expresa que los CONE han caído significativamente desde que los primeros parques eólicos comerciales fueron puestos en explotación, en los años 80. En los Estados Unidos, el costo de la electricidad cayó desde cerca de
0,30 USD/kWh en 1984, hasta unos 0,055 USD/kWh en el 2005. Una caída de 40% ocurrió en Europa entre 1987 y 2006, en parques eólicos costeros con buen viento.
Otras fuentes de información estiman que los costos de la electricidad están por debajo
de los 0,068 USD/kWh en parques eólicos ubicados en zonas de buen viento, como en Estados Unidos, Brasil, México y Suecia, lo cual los hace comparables con los costos de la electricidad generada con carbón en termoeléctricas (0,067 USD/kWh) y con gas
(0,056 USD/kWh). En general, el costo nivelado de parques eólicos típicos terrestres en el 2010, considerando una tasa de interés de 10%, se ubicó entre 0,06 y 0,14 USD/kWh.

De acuerdo con estimaciones internacionales presentadas por IRENA, se puede considerar que en los próximos años los costos de inversión pueden descender entre
7 y 10% en el 2015, y la O&M tenderá a ser mejor y de mayor calidad, así como menos costosa cada año, por lo que debe esperarse una caída en el costo de la energía producida en parques eólicos terrestres, entre 6 y 9%. En el mediano y largo plazos, los costos de inversión se podrán reducir entre 10 y 30%, mediante mejoras en las cadenas de suministro, en la economía de escala por la producción con turbinas de mayor potencia, en la competencia,
y en la adquisición de mayores fondos para la investigación
y desarrollo.

* Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Titular del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER), La Habana, Cuba.
e-mail: conrado@ceter.cujae.edu.cu