Políticas para la autogestión de electricidad en el sector residencial urbano de Colombia Manuela Zapata Carvajal Universidad Nacional de Colombia Facultad de Minas, Departamento de las Ciencias de la Computación y la Decisión Medellín, Colombia 2014
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Políticas para la autogestión de
electricidad en el sector residencial
urbano de Colombia
Manuela Zapata Carvajal
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Minas, Departamento de las Ciencias de la Computación y la Decisión
Medellín, Colombia
2014
Políticas para la autogestión de
electricidad en el sector residencial
urbano de Colombia
Manuela Zapata Carvajal
Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de:
Magister en Ingeniería – Ingeniería de Sistemas
Director:
Ph.D., Carlos Jaime Franco
Codirector:
Ph.D., Isaac Dyner R.
Línea de Investigación:
Investigación de Operaciones
Grupo de Investigación:
Sistemas e informática
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Minas, Departamento de las Ciencias de la Computación y la Decisión
Medellín, Colombia
2014
A Flor.
Agradecimientos
A mi abuela y mi familia, por su paciencia y compresión durante la realización de este
proyecto.
A Laura Cárdenas por su modelo, apoyo, amistad y ayuda constante.
Al profesor Carlos Jaime Franco por su orientación, conocimientos y aportes que
permitieron la culminación de esta investigación.
Al profesor Isaac por su orientación, enseñanzas y amor por su trabajo; que permitieron
llevar a buen término esta tesis.
A Álvaro por su apoyo y motivación.
A EPM y el Centro de Investigación e Innovación en Energía (CIIEN) por financiarme
económicamente mediante el proyecto “Instituciones y políticas hacia una economía baja
en carbono”.
A todos aquellos que de una u otra manera aportaron en el desarrollo de esta investigación.
Resumen y Abstract IX
Resumen
En respuesta a la crisis climática, los altos precios de la energía, y la oferta y demanda de
energía, existe un interés en la comprensión de las características de consumo detallados
del sector residencial, en un esfuerzo para promover la conservación, la eficienc ia, la
implementación de la tecnología y el cambio de fuente de energía (energía renovable in-
situ). El objetivo de esta tesis de maestría es evaluar diferentes políticas para la
autogestión de electricidad en el sector residencial urbano de Colombia, por medio de un
modelo de simulación en dinámica de sistemas. A la luz de los resultados obtenidos y las
políticas estudiadas se considera que son altamente efectivas para la promoción de la
autogestión dentro del sector residencial.
Palabras clave: autogestión de electricidad, microgeneración, eficiencia energética,
conservación de electricidad, demanda residencial.
Contenido X
Abstract
In response to the climate crisis, high energy prices, supply and demand for energy, there
is interest in understanding the detailed characteristics of consumption in the residential
sector in an effort to promote conservation, efficiency, technology implementation and
change of power source (on-site renewable energy). The objective of this master thesis is
to evaluate different policies for self-management of electricity in the urban residential
sector of Colombia, through a simulation model in system dynamics. In light of the results
obtained and studied policies are considered to be highly effective in promoting self -
management within the residential sector.
Keywords: demand self-management, microgeneration, energy efficiency, electricity
conservation, residential demand.
Contenido XI
Contenido
Pág.
Resumen ..................................................................................................................... IX
Lista de figuras ......................................................................................................... XIV
Lista de tablas.......................................................................................................... XVII
Lista de ecuaciones ................................................................................................ XVIII
1. Los Mercados eléctricos....................................................................................... 5 1.1 Surgimiento del mercado eléctrico liberalizado .............................................. 5 1.2 Mercado eléctrico colombiano....................................................................... 7
1.2.1 Regulación y entes regulatorios .......................................................... 7 1.2.2 Composición y estructura del mercado ............................................... 8 1.2.3 Funcionamiento de la Bolsa de Energía ............................................ 11
1.3 Fuentes no convencionales de energía renovable ....................................... 12 1.3.1 Ley 1715 de 2014............................................................................. 14
1.4 Conclusiones del capítulo 1 ........................................................................ 20
2. Antecedentes ...................................................................................................... 23 2.1 Introducción a la Gestión por el lado de la demanda.................................... 23 2.2 Introducción a la Respuesta de la demanda ................................................ 25 2.3 Uso Racional y Eficiente de la Energía........................................................ 26 2.4 Autogestión de la electricidad ..................................................................... 27
3. Revisión de políticas de autogestión de la electricidad y su implementación en Colombia .................................................................................................................... 39
3.1 Barreras de entrada y Políticas implementadas para la microgeneración ..... 40 3.2 Barreras de entrada y Políticas implementadas en la eficiencia energética .. 44
Contenido XII
3.3 Barreras de entrada y Políticas implementadas para la conservación de electricidad ........................................................................................................... 48 3.4 Delimitación del problema ........................................................................... 51
3.4.1 Revisión de modelos de simulación de la autogestión de electricidad 52 3.5 Objetivos de la investigación ....................................................................... 56
3.5.1 Objetivo general ............................................................................... 56 3.5.2 Objetivos específicos........................................................................ 56
3.6 Alcances de la investigación ....................................................................... 57 3.7 Conclusiones del capítulo 3 ........................................................................ 57
4.1.1 Modelos de simulación de sistemas energéticos ............................... 60 4.2 Justificación del uso de Dinámica de Sistemas como herramienta de simulación ............................................................................................................ 62 4.3 La DS y su proceso de modelado................................................................ 62
4.3.1 Identificación del problema ............................................................... 64 4.3.2 Formulación de la hipótesis dinámica................................................ 64 4.3.3 Formulación del modelo de simulación ............................................. 64 4.3.4 Validación del modelo ...................................................................... 64 4.3.5 Diseño y evaluación de políticas ....................................................... 65
4.4 Toma de decisiones.................................................................................... 65 4.4.1 Teoría de la racionalidad limitada ..................................................... 66
4.5 Conclusiones del capítulo 4 ........................................................................ 68
5. Desarrollo de un modelo de DS para analizar políticas que fomenten la autogestión de electricidad en el sector residencial urbano de Colombia .............. 71
5.1 Propósito y límites del modelo..................................................................... 71 5.2 Hipótesis dinámica...................................................................................... 73
5.2.1 Hipótesis dinámica de microgeneración ............................................ 75 5.2.2 Hipótesis dinámica de eficiencia ....................................................... 80 5.2.3 Hipótesis dinámica de conservación ................................................. 85
5.3 Formulación del modelo de simulación........................................................ 87 5.3.1 Población y viviendas ....................................................................... 88 5.3.2 Intensidad energética ....................................................................... 89 5.3.3 Microgeneración............................................................................... 90 5.3.4 Eficiencia ......................................................................................... 93 5.3.5 Conservación de electricidad ............................................................ 95 5.3.6 Demanda total interconexión ............................................................ 96
5.4 Validación................................................................................................... 98 5.4.1 Pruebas directas a la estructura........................................................ 99 5.4.2 Pruebas de estructura orientadas al comportamiento ...................... 101 5.4.3 Pruebas de validación del comportamiento ..................................... 102
6. Análisis de políticas de autogestión y resultados. .......................................... 104
Contenido XIII
6.1 Análisis caso base .................................................................................... 104 6.2 Análisis de políticas .................................................................................. 108
6.2.1 Políticas para microgeneración ....................................................... 108 6.2.2 Políticas para eficiencia .................................................................. 113 6.2.3 Políticas para conservación ............................................................ 116
6.3 Caso con todas las políticas al mismo tiempo............................................ 120 6.4 Caso pesimista ......................................................................................... 123 6.5 Conclusiones capítulo 6 ............................................................................ 125
7. Conclusiones y trabajo futuro .......................................................................... 127 7.1 Conclusiones............................................................................................ 127 7.2 Trabajo futuro ........................................................................................... 130
Los consumidores se diferencian de acuerdo a la forma en la que perciben los productos
y esta percepción es afectada por las tendencias socio – económicas y demográficas, las
cuales influyen en las decisiones de compra de los individuos (Faiers, Neame, & Cook,
2007).
Varios estudios han mostrado que los consumidores residenciales no solo evalúan las
características de las tecnologías sino también las influencias psicológicas, sociales y
ambientales, donde el comportamiento de los consumidores ha sido considerado el foco
principal en la decisión de compra (Islam, 2014).
Capítulo 3 41
De acuerdo a la identificación de las barreras de entrada de la microgeneración y estos
estudios mencionados, se observó que la decisión de compra de las tecnologías de
microgeneración se basa en un análisis costo-beneficio y la influencia de aspectos
sicológicos, sociales y ambientales (Claudy, Michelsen, & O’Driscoll, 2011; Claudy,
Michelsen, O’Driscoll, & Mullen, 2010; Sardianou & Genoudi, 2013) . En la Figura 3-1 se
muestra un acercamiento a la decisión de compra de la tecnología de microgeneración.
Figura 3-1. Decisión de compra de la tecnología de microgeneración (Claudy et al., 2011, 2010; Islam,
2014; Sardianou & Genoudi, 2013).
Este análisis costo-beneficio que hacen los usuarios finales encierra aspectos como:
comparación de tarifas, disponibilidad y viabilidad tecnológica, ahorros percibidos,
inversión inicial y periodos de retorno a la inversión, principalmente.
Para disminuir las barreras de entrada y potenciar los factores que influencian la decisión
de compra de los consumidores residenciales, los estados se preguntan cómo acelerar la
difusión de las tecnologías ambientalmente amigables, pero que generalmente no son
competitivas respecto al costo (Islam, 2014). Es así como los sistemas de incentivos son
necesarios con el fin de crear las condiciones para la competencia entre las tecnologías
establecidas y la microgeneración, convirtiendo dichas tecnologías atractivas para la
inversión (Costa, Matos, & Peças Lopes, 2008).
Como una tecnología emergente, la microgeneración aún no ha alcanzado su madurez en
el rendimiento óptimo consecuente en términos de costo y fiabilidad (Costa et al., 2008).
Japón, Alemania, Estados Unidos y Reino Unido han establecido políticas para la difusión
y el uso de la microgeneración, la estimulación a la I&D y el desarrollo de industrias
intensivas y extensivas para, gradualmente, mejorar el desempeño a través de las curvas
de aprendizaje a partir del “aprender haciendo” (Costa et al., 2008).
Capítulo 3 42
Para asegurar el progreso en la curva de aprendizaje, se requiere garantizar que esas
tecnologías serán adoptadas más allá de los pequeños nichos de mercado y para lograrlo
los principales mecanismos de incentivos (en la Unión Europea) son esquemas de “feed-
in law” y sistemas de cuotas (Costa et al., 2008; Islam, 2014).
Los “feed-in law” están dirigidos en dos partes: (1) el operador de la red está obligado a
comprar toda la energía renovable generada y (2) esquemas de precio (Islam, 2014). El
modelo “Feed-in” ha sido bastante usado como una herramienta de promoción en Austria,
Francia, Alemania, Grecia, Luxemburgo, Portugal y España (Islam, 2014). Estados Unidos
fomenta la generación con renovables a partir de créditos fiscales y la depreciación
acelerada de los bienes (Islam, 2014).
A continuación, en la Tabla 3-2 se presenta un resumen de las políticas de
microgeneración que han sido aplicadas a nivel global, el país que las ha implementado,
el autor y el año de la información.
Tabla 3-2 resumen de las políticas de microgeneración. Elaboración propia
País(es) o
región Política(s) microgeneración implementadas Autor(es) del artículo
Estados Unidos
Formación de incentivos
Créditos fiscales
Targets
Gran capacidad instalada
Depreciación acelerada
Feed–in tariff
(Allen et al., 2008;
Solangi et al., 2011)
Canadá
Incentivos gubernamentales para las
tecnologías fotovoltaicas
Feed-in tariff: diseñado para capacidades
menores a 10kW.
(Islam & Meade,
2013)
Capítulo 3 43
Subsidios: el Gobierno canadiense busca
mejorar la adaptación de los procesos de
manufactura en el sector con políticas de
impuestos.
Reino Unido
Soporte I&D
Subsidio a la tecnología
Desarrollo del mercado: feed in tariff, subastas
especializadas, créditos fiscales, depreciación
acelerada y creación de nichos de mercado.
Políticas de competencia
Low Carbon Buildings Programme (LCBP)
Carbon Emissions Reductions Target (CERT)
Community Energy Saving Programme
(CESP).
(Allen et al., 2008;
Balcombe et al., 2013;
Bergman & Eyre,
2011; Praetorius et al.,
2012)
Dinamarca y
España Feed in tariff (Allen et al., 2008)
Alemania
Esquemas de precios: Feed in tariff
Venta excedentes
I&D
(Allen et al., 2008;
Praetorius et al.,
2012)
Colombia
Aunque aún no está regulado se creó la ley 1715
que permitirá:
Venta créditos
Créditos de energía
Entrega excedentes
(Congreso, 2014)
Unión Europea Feed-in Laws: Obligaciones de compra de los
sobrantes y esquemas de precio (feed-in tariff). (Islam, 2014)
Sea cual sea el mecanismo de incentivos utilizado, éste debe ser simple, efectivo, costo-
eficiente, estable y fácil de implementar (Costa et al., 2008). La fuente de financiación de
los incentivos puede ser una combinación de las contribuciones financieras de las
Capítulo 3 44
diferentes entidades a saber: los operadores de redes, los generadores, los ingresos
fiscales, las tasas por contaminación, etc (Costa et al., 2008).
En Colombia aún no se han implementado políticas que permitan incentivar la difusión de
las tecnologías de microgeneración y reducir las barreras que posee; y por tanto, no se
poseen estudios que analicen la difusión de la microgeneración en el sector residencial
urbano y las políticas que la incentiven.
Por este motivo, dentro de esta tesis se consideran cuáles políticas enfocadas a la
microgeneración se pueden implementar para incentivar a los consumidores residenciales
adoptar esta tecnología de generación autónoma para suplir sus necesidades, parciales o
totales, de electricidad y contribuir con los objetivos estatales.
3.2 Barreras de entrada y Políticas implementadas en la
eficiencia energética
La implementación de políticas ambientales y la adherencia a estándares internacionales
llevan a que cada vez se desarrollen e implementen tecnologías que buscan disminuir las
emisiones contaminantes al medio. El desarrollo de prototipos cada día más eficientes lleva
a un mejor aprovechamiento de los recursos naturales y de su explotación.
La eficiencia energética, como se explicó en el capítulo 2, es una tecnología que permite
reducir los GEI debido a la disminución en el consumo de energía y mejorar la seguridad
del sistema. Sin embargo, existen barreras que impiden la implementación y la promoción
del uso de sistemas más eficientes (Y. Zhang & Wang, 2013), formando una diferencia
entre los niveles actuales y los deseados de eficiencia (IEA, 2007). Al respecto se han
identificado las principales barreras de entrada, en la Tabla 3-3 se muestran dichas
barreras identificadas para las tecnologías eficientes.
Capítulo 3 45
Tabla 3-3. Barreras de entrada para las tecnologías eficientes
Tipos de barreras Referencia
Financieras (Acceso capital y largos periodos de retorno a la inversión)
Tecnológicas
Sociales
Información imperfecta
(Cagno et al., 2013; Sorrell et al., 2011)
Legales
Financieras
Sociales
De Mercado
(Y. Zhang & Wang, 2013)
Información imperfecta
Costos ocultos
Riesgo e incertidumbre
Limitado acceso a capital
Incentivos divididos
Racionalidad limitada
(Fleiter, Worrell, & Eichhammer, 2011)
(Schleich, 2009)
Barreras de información (Kounetas, Skuras, & Tsekouras, 2011)
Barreras institucionales
Barreras de Mercado
Barreras técnicas y de conocimiento
(PNUD, 2005)
La decisión de compra de las tecnologías eficientes se basa en un análisis costo-beneficio
hecho por los consumidores, la influencia de la disponibilidad del artículo y la conciencia
ambiental, entre otros (Gadenne, Sharma, Kerr, & Smith, 2011). En la Figura 3-2 se
muestra un acercamiento a la decisión de compra de las tecnologías eficientes.
Figura 3-2. Decisión de compra de las tecnologías eficientes (Gadenne et al., 2011).
Capítulo 3 46
Para disminuir las barreras y mejorar las probabilidades de compra de una tecnología
eficiente se utilizan políticas fiscales y regulatorias, dirigidas hacia sectores específicos de
la economía como la industria, el transporte, el comercio y el sector residencial; según los
objetivos estatales. La sustitución de electrodomésticos antiguos por unos nuevos que
sean energéticamente eficientes es considerada una de las mejores estrategias para
disminuir el consumo de los hogares (Galarraga, Heres, & Gonzalez-Eguino, 2011). En la
Tabla 3-4 se presenta un resumen de las políticas de eficiencia energética orientadas al
sector residencial que han sido aplicadas a nivel global.
Tabla 3-4. Resumen de políticas de eficiencia energética del sector residencial a nivel mundial. (Ríos,
2013)
País(es) o
región
Política(s) de eficiencia energética
implementadas Autor(es) del artículo
Estados Unidos
Estándares en los electrodomésticos
Programas de incentivos financieros
Programas de información sobre potenciales
ahorros en inversión de electrodomésticos
eficientes
Programas para el manejo de la energía en el
sector gubernamental.
(Gillingham, Newell, &
Palmer, 2006)
Canadá,
Dinamarca,
Suecia, Suiza,
Estados Unidos
Instrumentos que guíen a los consumidores en
la elección de electrodomésticos más eficientes
a partir de una mejor información y un interés
económico. Por ejemplo el etiquetado
obligatorio o voluntario, la calidad de la
etiqueta, reducción de impuestos, descuentos a
la inversión inicial.
Instrumentos para promover nuevos patrones
de uso de los electrodomésticos. Por ejemplo,
programas educativos, eliminación de
impuestos a la electricidad.
(Varone & Aebischer,
2001)
Capítulo 3 47
Instrumentos para desarrollar
electrodomésticos cada vez más eficientes. Por
ejemplo soporte financiero en investigación y
desarrollo privado.
Japón Subsidios en la adquisición de electrodomésticos
eficientes
(Ashina & Nakata,
2008)
Unión Europea
Estandarización y etiquetado informativo en
electrodomésticos como refrigeradores,
lavadoras, lavavajillas, hornos, calentadores de
agua, aire acondicionado e iluminación.
Estándares de desempeño (eco-diseño) en
electrodomésticos como refrigeradores,
lavadores, lavavajillas, hornos, calentadores de
agua y de aires, aire acondicionado, televisores
e iluminación.
Reducción de impuestos, descuentos en el
precio inicial de neveras, lavadoras, secadoras
y lavavajillas.
(Bertoldi, Hirl, &
Labanca, 2012)
Tailandia,
Estados
Unidos,
Dinamarca,
India, Nueva
Zelanda y
Reino Unido
Estándares y etiquetado eficiente en
electrodomésticos del hogar
Campañas de promoción de medidas de
eficiencia energética por medios masivos de
información.
Subsidios económicos, préstamos para la
inversión en electrodomésticos eficientes,
incentivos en los impuestos.
(Oliver, Lew,
Redlinger, &
Prijyanonda, 2001)
China
Estándares obligatorios y etiquetado energético
en los siguientes electrodomésticos:
refrigeradores, aire acondicionado, lavadoras,
planchas, televisores, arroceras eléctricas,
radios y ventiladores.
(Zhou, Levine, &
Price, 2010)
Capítulo 3 48
Impuesto al consumo de electricidad, créditos
para la compra de electrodomésticos eficientes.
Estados Unidos
(estados de
New York,
Indiana y
Wisconsin)
Sustitución de electrodomésticos actuales
(refrigeradores) por otros más eficientes.
(Kim, Keoleian, &
Horie, 2006)
España Sustitución de electrodomésticos antiguos por otros
más eficientes
(Galarraga et al.,
2011)
China
Subsidios para la adquisición de electrodomésticos
energéticamente eficientes y que utilicen energías
renovables como los calentadores solares de agua.
(Lo, 2014)
Ghana
Mejora de la eficiencia energética de los
electrodomésticos residenciales a partir de
estándares y etiquetado.
(Van Buskirk, Ben
Hagan, Ofosu
Ahenkorah, & McNeil,
2007)
En Colombia se implementó el Programa de Uso Racional y Eficiente de la Energía y
demás formas de Energía no Convencionales (PROURE) mencionado en el capítulo 2,
para incentivar la eficiencia energética en el sector residencial y principalmente la
sustitución de electrodomésticos antiguos por otros con tecnología eficiente. Sin embargo,
la brecha existente entre el potencial y la eficiencia del país es considerable amplia, debido
a las barreras de entrada que posee la eficiencia para su principal estrategia (sustitución
de equipos), pues representa un alto costo de inversión.
3.3 Barreras de entrada y Políticas implementadas para la
conservación de electricidad
Algunas investigaciones indican que los individuos toman acciones para ahorrar energía
debido a la necesidad de ahorrar dinero (Ritchie & Mcdougall, 2014). Ahora bien, como se
hizo referencia en el capítulo 2, la conservación de energía eléctrica corresponde a
cambios en el comportamiento, hábitos y costumbres de los consumidores; más que a
Capítulo 3 49
cambios de tecnologías. Por ende, la decisión de conservar energía se da más por
convicción y menos influencias externas. En la Figura 3-3 se muestra un esquema que
representa la decisión de conservar energía, basada en hábitos de consumo, el estilo de
vida de los consumidores y los aspectos morales de la conducta.
Figura 3-3. Decisión de conservación de la energía (Oikonomou et al., 2009)
Debido a que a conservación son cambios en el estilo de vida, las barreras están ligadas
a aspectos psicológicos y sociales, siendo un poco más abstractas que las explicadas en
microgeneración y eficiencia.
En la Tabla 3-5 se presentan las principales barreras identificadas para la conservación de
energía eléctrica.
Tabla 3-5. Barreras para la conservación de electricidad
Tipos de barreras Referencia
Conocimiento
Motivación
Capacidad para implementar
(Steg, 2008)
Barreras de inercia y
costumbres
Barreras de eficiencia: vacíos de
conocimiento
Barreras de mantenimiento
(Ritchie & Mcdougall, 2014)
Como un medio para disminuir las barreras de entrada, los gobiernos han desarrollado
políticas orientadas hacia la conservación y creación de conciencia sobre el consumo de
energía eléctrica y sus implicaciones ambientales. Los programas más frecuentes
Capítulo 3 50
orientados hacia la educación de cómo ahorrar energía y el aumento de las motivaciones
para hacerlo se presentan en la Tabla 3-6.
Tabla 3-6. Resumen de políticas de conservación a nivel mundial
País(es) o
región Política(s) microgeneración implementadas Autor(es) del artículo
Singapur Eco-living: potenciales cambios en el
comportamiento y campañas de educación.
(Islam & Meade,
2013)
Ontario,
Canadá Programas de gestión de la demanda (Mallinson, 2013)
Estados Unidos
Programas de gestión de la demanda y
respuesta de la demanda.
Energy Policy and Conservation Act
Reino Unido Campañas de ahorro energético (Mehmood Mirza et
al., 2014)
Japón Ley de conservación (Mehmood Mirza et
al., 2014)
Colombia
Aunque aún no está regulado se creó la ley 1715
que permitirá:
Venta créditos
Créditos de energía
Entrega excedentes
(Congreso, 2014)
En general
Información: conocimiento de los consumos,
campañas de publicidad.
Incentivos
Desincentivos: penalizaciones por consumos
durante periodos pico.
Restricciones
Estándares
(Ritchie & Mcdougall,
2014)
Capítulo 3 51
En muchos países las políticas implementadas para la eficiencia y la microgeneración son
consideradas políticas de conservación pues reducen el consumo de electricidad de la red,
por ende, en algunos casos se pierde de vista cuales programas van dirigidos
específicamente hacia la conservación. Colombia, particularmente, hace uso del PROURE
para incentivar el uso racional de la energía y disminuir el consumo de electricidad a partir
de prácticas de ahorro, al tener ese programa en conjunto con la eficiencia se hace difícil
distinguir entre ambos objetivos, y como consecuencia la conservación ha perdido fuerza
y aplicación.
3.4 Delimitación del problema
Los desarrollos industriales en la sociedad moderna, en particular el uso excesivo de
fuentes de energía convencionales, han sido la principal causa de las crisis energéticas,
los problemas de polución en el medio ambiente y los gases de efecto invernadero (Zhao,
Mazhari, Celik, & Son, 2011). Sin embargo, una forma efectiva de combatir los problemas
ambientales y el desabastecimiento energético es con el uso de energía proveniente de
fuentes renovables, el desarrollo de tecnologías limpias y prácticas de ahorro de energía.
Una solución para que se disminuya el monto a pagar en las facturas de los usuarios
finales, reducir la demanda de electricidad de la red y promover el uso eficiente de los
recursos y con ello aportar a la batalla contra las emisiones de GEI es la participación
activa de los consumidores finales de electricidad.
Con la capacidad de generar electricidad y venderla a la red, las familias ya no se limitan
a ser receptores pasivos de la electricidad (Keirstead, 2007), los hogares pueden participar
activamente en la dinámica de la producción y el consumo de electricidad.
Desde los años 80´s en Colombia, en intentos para que los usuarios residenciales usen de
mejor forma la electricidad, se creó el “Uso Racional” y la eficiencia energética en algunos
programas, pero sólo en 2001 se creó la ley 697 en la que definió el Uso Racional y
Eficiente de la Energía como “el aprovechamiento óptimo de la energía en todas y cada
una de las cadenas energéticas…” (Ministerio de Minas y Energía, 2001) y la eficiencia
energética “como la relación entre la energía aprovechada y la total utilizada en cualquier
proceso de la cadena energética…” (Ministerio de Minas y Energía, 2001). Sin embargo,
Capítulo 3 52
estos intentos no han sido acogidos de manera generalizada por los usuarios finales. La
ausencia de políticas fuertes y eficaces y la falta de información oportuna y precisa de los
consumos de electricidad dificultan la familiarización de los usuarios finales con su
capacidad de gestionar su propio consumo de electricidad.
En estudios anteriores se ha modelado el mercado eléctrico (oferta y demanda) y la
influencia de políticas para incentivar la eficiencia energética y la conservación de la
energía (uso racional y eficiente de la energía). Sin embargo, un estudio conjunto, que
integre la participación de la demanda, tomando las tres acciones principales que puede
realizar el usuario final para gestionar su propio consumo de electricidad (microgeneración,
eficiencia y conservación), es requerido para entender plenamente el efecto en la demanda
de electricidad total y residencial de Colombia.
Por tanto, aún se desconoce cómo podría promoverse el desarrollo de la autogestión
eléctrica en el sector residencial urbano de Colombia, de ahí, la importancia de estudios
que analicen y clasifiquen adecuadamente los principales factores que afectan e incentivan
a los usuarios a ser activos en su demanda de electricidad. Comprender y operar estos
factores dentro de las poblaciones de modo que permita expandir o acelerar la penetración
de la autogestión de electricidad en Colombia.
A continuación se presenta una pequeña revisión de los modelos de simulación utilizados
para la autogestión de electricidad.
3.4.1 Revisión de modelos de simulación de la autogestión de electricidad
A continuación (Tabla 3-7) se presentan estudios realizados donde se aplican diferentes
métodos para simular políticas de microgeneración y eficiencia energética en el sector
residencial.
Tabla 3-7. Modelos de microgeneración utilizando simulación
Título Método de simulación
Objetivo de la investigación Autor(es)
Capítulo 3 53
Modelling UK domestic energy and carbon emissions: an agent-based approach
Agentes Establecer una agenda para repensar los modelos bottom-up de energía doméstica y de carbono del Reino Unido; y presentar una versión preliminar de simulación basada en agentes que tiene el potencial para hacer frente a los desafíos actuales.
(Natarajan, Padget, & Elliott, 2011)
An Agent Based Simulation of Smart Metering Technology Adoption
Agentes Proporcionar un estudio exploratorio y predictivo del futuro de la tecnología de medición inteligente en el consumo de electricidad del Reino Unido; y desarrollar un marco de sistema multi-agente eficaz sobre con base en las teorías de comportamiento clásicas para estudiar todos los fenómenos complejos en el mercado de consumo de energía.
(T. Zhang & Nuttall, 2007)
Household level innovation diffusion model of photo-voltaic (PV) solar cells from stated preference data
Selección discreta
Su objetivo es estudiar la vinculación de dos incertidumbres críticas de la nueva tecnología: (1) si los hogares prefieren los atributos de la nueva tecnología y cómo estas preferencias varían según los segmentos de mercado? y (2) cuando se van a adoptar (en su caso).
(Islam, 2014)
Hybrid agent-based simulation for policy evaluation of solar power generation systems
Agentes y Dinámica de Sistemas
El objetivo de esta investigación es proponer un marco basado en la simulación híbrida completa y muy detallada (de dos niveles), que permite a las evaluaciones eficaces de las diversas políticas gubernamentales para apoyar el desarrollo adecuado de la energía solar.
(Zhao et al., 2011)
Willingness-to-pay for renewable energy: Primary and discretionary choice of British households' for micro-generation technologies
Simulación eventos discretos: logit
Este estudio adopta un enfoque elección experimento para investigar los determinantes de la adopción de las tecnologías de microgeneración de los hogares en el Reino Unido; y su disposición a pagar por estas tecnologías de energía renovable.
(Scarpa & Willis, 2010)
Renewable energy adoption in an ageing population: Heterogeneity in preferences for micro-generation technology adoption
Simulación eventos discretos: logit
Evaluar si los resultados de la tercera edad en diferentes respuestas de comportamiento a la eficiencia energética en comparación con el resto de la sociedad.
Investigar si las tecnologías de microgeneración renovable tienen menos probabilidades de ser adoptados por los hogares que comprenden las personas mayores.
(Willis, Scarpa, Gilroy, & Hamza, 2011)
Capítulo 3 54
Exploring domestic micro-cogeneration in the Netherlands : An agent-based demand model for technology diffusion
Agentes Busca extraer lecciones genéricas sobre el desarrollo de las tecnologías de energía en competencia y para ganar algo de entendimiento sobre cuestiones específicas relacionadas con las condiciones y los mecanismos que subyacen a la adopción de la micro-cogeneración.
(Faber et al., 2010)
Como se mostró en la Tabla 3-7, los modelos utilizados para analizar la difusión de la
microgeneración se han hecho en mayor parte con agentes debido a las posibilidades de
modelar de forma desagregada las decisiones de cada individuo para adoptar la
tecnología. Sin embargo, la simulación con agentes no posee el grado de agregación
requerido en esta tesis y el objetivo de esta tesis no es analizar el proceso de decisión de
cada individuo. Por este motivo se busca analizar el comportamiento de forma agrega de
los sistemas energéticos y por tanto se utilizará un modelo en dinámica de sistemas que
permita estudiar el efecto de la microgeneración en el mercado eléctrico colombiano.
En Colombia no se ha utilizado la dinámica de sistemas para construir modelos de
simulación y estudiar el papel de la microgeneración en el sector residencial y de cómo
diversas políticas microgeneración pueden estimular al consumidor a realizar la sustitución
de energía red por sistemas autónomo.
Seguido (Tabla 3-8) se presentan algunos estudios realizados donde aplican diferentes
métodos para simular políticas de eficiencia energética en el sector residencial. Para cada
estudio se presenta el título, método de simulación, el objetivo de la investigación la
referencia bibliográfica.
Tabla 3-8. Modelos de eficiencia energética residencial utilizando simulación (Ríos, 2013)
Título Método de
simulación Objetivo de la investigación Autor(es)
Residential Energy
Efficiency Policy in
Latvia: A System
Dynamics Approach
Dinámica
de sistemas
Se propone un modelo de dinámica de
sistemas que permite simular y evaluar
políticas de eficiencia energética
incluidas y no incluidas en el Primer plan
de acción de eficiencia energética de
Lituania.
(Blumberg
a, Zogla,
Davidsen,
& Moxnes,
2011)
Capítulo 3 55
Increasing innovation in
home energy efficiency:
Monte Carlo simulation
of Potential
improvements
Montecarlo Desarrolla un modelo de simulación
Monte Carlo de diferentes mejoras de
eficiencia energética que permiten
minimizar el tiempo de recuperación
económica de la inversión de dichas
medidas por los usuarios residenciales
(Soratana
& Marriott,
2010)
Energy efficiency in New
Zealand’s residential
sector: A systemic
analysis
Dinámica
de sistemas
Analiza de forma sistémica la compleja
situación de eficiencia energética
residencial en Nueva Zelanda mediante
el desarrollo de un diagrama causal y
planteamiento de iniciativas para obtener
cambios de comportamiento del sistema.
(Elias,
2008)
An Analysis of
Residential Energy
Intensity in Iran: A
System Dynamics
Approach
Dinámica
de sistemas Desarrolla un modelo de dinámica de
sistemas que permita realizar cambios en
la intensidad energética del sector
residencial de irán.
(Jamshidi,
2008)
System Dynamics
Based Research on
Energy Efficient
Residence Market
Dinámica
de sistemas
Establece un modelo de dinámica de
sistemas del sector residencial que
integra los sectores de vivienda, al
consumidor y el distribuidor.
(Li & Dai,
2008)
Racionalidad limitada
del consumidor en
mercados energéticos
desregulados y la
función del
comercializador y el
Gobierno.
Dinámica
de
sistemas Desarrolla un modelo de simulación que
integra la racionalidad limitada del
consumidor de energía.
(Franco,
2002)
Un modelo nacional
desagregado para la
formulación de políticas
para el uso racional de
energía
Dinámica
de
sistemas
Desarrolla un modelo utilizando dinámica
de sistemas que sirve como herramienta
para evaluar políticas energéticas en el
sector residencial rural y urbano de
Colombia.
(Franco,
1996)
System Dynamics
Modeling for Residential
Energy Efficiency
Analysis and
Management
Dinámica
de
sistemas
Desarrolla un modelo de dinámica de
sistemas que simula la sustitución de
electrodomésticos y la construcción de
escenarios y el análisis de penetración de
tecnologías alternativas, crecimiento del
consumo de electricidad, crecimiento en
el consumo de gas y políticas de precios.
(Dyner,
Smith, &
Peña,
1995)
Capítulo 3 56
En Colombia se ha utilizado la dinámica de sistemas para construir modelos de simulación
y estudiar el papel de la eficiencia energética en el sector residencial. Existen modelos en
dinámica de sistemas para la sustitución de electrodomésticos, gasodomésticos y
lámparas de iluminación como los de Dyner, Smith, & Peña (1995) y Franco (1996); y un
modelo de sustitución de neveras Ríos M. (2013). Sin embargo, aún no se ha estudiado el
caso particular y conjunto de la sustitución de neveras, lavadoras, estufas,
microgeneración y conservación; y de cómo diversas políticas de eficiencia energética
pueden estimular al consumidor a realizar la sustitución de su producto actual por uno que
presente menor consumo de energía.
A continuación se plantean los objetivos de esta tesis de maestría.
3.5 Objetivos de la investigación
A continuación se presentan los objetivos propuestos para esta tesis de maestría.
3.5.1 Objetivo general
Evaluar políticas que incentiven la autogestión de electricidad en el sector residencial
urbano de Colombia.
3.5.2 Objetivos específicos
Identificar las principales tecnologías que podrían incrementar la autogestión de
electricidad en sector residencial colombiano.
Construir un modelo de simulación que permita conocer y comprender la
autogestión de electricidad.
Formular políticas que permitan incentivar el desarrollo de la autogestión de
electricidad en el sector residencial urbano de Colombia
Capítulo 3 57
3.6 Alcances de la investigación
Esta tesis de maestría está orientada al estudio de la autogeneración de electricidad en el
sector residencial urbano de Colombia por medio de la aplicación de políticas que permitan
fomentar la microgeneración, eficiencia y conservación, a través de un modelo de
simulación en dinámica de sistemas. Se seleccionaron para el análisis de las políticas a la
microgeneración a partir de celdas fotovoltaicas, a la sustitución de refrigeradores,
lavadoras y estufas pues consumen más electricidad que otros aparatos en el hogar y dos
de ellos son objeto de uno de los subprogramas del PROURE; y a las técnicas de
conservación como: desconectar los cargadores de teléfonos celulares después de usarlos
(el uso promedio diario se tomó de 4 horas), desconectar los electrodomésticos mientras
no se utilice y utilizar las bombillas encendidas una hora menos por día. Con estos hábitos
se podría disminuir el consumo de electricidad en un 3,3 % anual aproximadamente.
Además se pretende identificar las principales estrategias que permitan promover una
mayor autogestión de electricidad en el sector residencial urbano. Para ello se tendrán los
siguientes resultados:
Un documento escrito que incluya de manera detallada los resultados de la
investigación y el marco teórico en el que se apoyó.
Un artículo de revista.
Dos ponencias en eventos nacionales e internacionales.
Como apoyo a los resultados, esta investigación alcanzará:
Revisión de literatura y extracción de los principales elementos de la investigación.
Selección de atributos y políticas a modelar.
Hipótesis dinámica del sistema.
3.7 Conclusiones del capítulo 3
En Colombia se han realizado estudios independientes para eficiencia y la conservación,
sin mucho énfasis en las principales políticas que fomentan estas técnicas. Por tal motivo
es requerido un estudio que integra la autogestión de electricidad y muestre el
Capítulo 3 58
comportamiento el mercado eléctrico con la entrada de éste y haga proyecciones sobre los
posibles escenarios.
Para la resolución del problema encontrado se propone, a continuación, la metodología
que permitirá cumplir con los objetivos planteados.
Capítulo 4
4. Metodología
En este capítulo se detalla la metodología usada para analizar la difusión de la autogestión
de electricidad en sector residencial urbano de Colombia. Inicialmente se argumenta el uso
de la simulación en el análisis de los sistemas energéticos, se describen los métodos de
simulación comúnmente utilizados para estudiar los mercados eléctricos, se justifica el uso
de Dinámica de Sistemas y finalmente se definen las etapas metodológicas de esta
investigación.
4.1 Modelado de sistemas energéticos
Los modelos energéticos han sido aplicados para facilitar la toma de decisiones en la
planificación energética, para analizar políticas energéticas y las implicaciones derivadas
de la introducción de nuevas tecnologías, con el fin de explicar, controlar o predecir el
comportamiento de estos sistemas (Ríos, 2013). La Tabla 4-1 presenta la clasificación de
los modelos energéticos según su enfoque, propósito, metodología, cubrimiento geográfico
y horizonte de tiempo.
Tabla 4-1. Clasificación de modelos energéticos (Ríos, 2013)
Con esta prueba se busca comprobar los parámetros del modelo con la información
existente en el sistema real, con el fin de evaluar la correspondencia de forma conceptual
y numérica con la realidad. A continuación se presenta una lista de los parámetros más
importantes del modelo, los parámetros restantes se encuentran en el anexo B. Los
parámetros que tienen el símbolo (*), fueron estimados a partir de la calibración del modelo,
dado que no hay información disponible sobre ellos. La validez de estos parámetros
depende de que tengan un sentido físico en el sistema real y que las magnitudes de sus
rangos se encuentren dentro de los valores aceptables.
Capítulo 5 100
Tabla 5-7. Descripción de los parámetros del modelo
Nombre Valores Significado Fuente
% de demanda residencial
0.4 Representación del sector residencial en la demanda de electricidad nacional.
(UPME, 2006)
Intensidad energética* 0.147
Consumo promedio de electricidad mensual de cada vivienda (MWh/mo)
Los autores con datos de:
(Universidad Nacional de
Colombia & UPME, 2006)
Tasa crecimiento de la intensidad energética*
0.001406 Crecimiento de la intensidad energética
Los autores
Hogares por vivienda 1.03
Promedio del número de hogares (familia) por vivienda (DANE, 2013)
Habitantes en cada hogar
3.6 Promedio de número de habitantes por hogar en Colombia
(DANE, 2013)
Fracción de adopción
0.001/0.03
Corresponde a valores de la adopción cando existe una débil (0.001) o fuerte (0.03) boca-boca. Estos valores son iguales para microgeneración, eficiencia y conservación.
(Sterman, 2000b)
Tasa interés anual 0.279
Tasa de interés máxima permitida en el sistema financiero colombiano para acceder a un crédito de libre inversión
(Superfinanciera, 2013)
Tiempo de la inversión*
3
Tiempo (en años) durante el cual se difiere la inversión realizada para comprar un
panel
Los autores
Gama -0.8
Parámero del Customer Chioce que permite medir la adopción de una tecnología
en general
(Westley, 1992)
Crecimiento poblacional
2012-2014: 0.0137 Proyección de la tasa promedio anual de crecimiento de la población colombiana
(CEPAL, 2013) 2015-2019: 0.0124
Capítulo 5 101
Nombre Valores Significado Fuente
2020-2024: 0.0110
2025-2029: 0.0096
2030-2032: 0.0081
5.4.2 Pruebas de estructura orientadas al comportamiento
Estas pruebas permiten evaluar si el nivel de agregación del modelo es adecuado para el
propósito que fue construido. Entre las pruebas se tiene: (1) límites del modelo y (2)
condiciones extremas (Barlas, 1994). A continuación se presenta cada una de ellas.
5.4.2.1 Límites del modelo
Esta prueba busca responder cuáles variables deben ser endógenas y cuáles exógenas al
modelo de acuerdo al propósito para el que fue construido y con el fin de determinar si se
deben agregar relaciones o eliminar aquellas innecesarias. La Figura 5-28 presenta la
distribución de las principales variables endógenas y exógenas.
Figura 5-28. Variables exógenas y endógenas
Capítulo 5 102
El PIB, el crecimiento de la población y el crecimiento de la intensidad, etc.; son factores
externo que afectan el modelo y por tanto no se deben convertir en variables endógenas
pues su análisis y estudio no hace parte del objeto del modelo. Variables endógenas como:
precio de la electricidad, las viviendas, la demanda residencial etc., son variables
endógenas al modelo porque definen el propósito del mismo. Con base en esto se concluye
que el modelo está delimitado apropiadamente para el su propósito.
5.4.2.2 Condiciones extremas
En esta prueba se asignan valores extremos al número de viviendas y el precio de los
paneles solares; y se compara con el escenario base. De esto modo, se pueden encontrar
fallas en la estructura del modelo, de las cuales no se obtuvieron evidencias. Los
resultados de esta prueba se encuentran en el anexo C.
5.4.3 Pruebas de validación del comportamiento
Esta prueba mide la capacidad del modelo para reproducir el comportamiento observado
en la vida real. Entre estas pruebas se incluyen: reproducción del comportamiento,
predicción del comportamiento, anomalías en el comportamiento, comportamiento
sorpresivo, políticas extremas y modelos familiares (Forrester & Senge, 1980).
5.4.3.1 Reproducción del comportamiento
Durante la revisión de literatura realizada en esta investigación no se encontró información
histórica de la autogestión (microgeneración, eficiencia y conservación) en Colombia ni
como los cambios de tecnologías han contribuido a que se presente una reducción en la
demanda de electricidad. La microgeneración aún no ha sido adoptada en los hogares
colombianos y el programa de acción del PROURE comenzó desde el año 2010 y por tanto
no hay información histórica con la cual reproducir el comportamiento.
5.4.3.2 Pertinencia a otros sistemas
Esta prueba consiste en evaluar la capacidad del modelo construido para representar el
comportamiento de una tecnología similar. Para la difusión de las tecnologías modeladas
(paneles solares, neveras, lavadoras y estufas eficientes), al no tener información
correspondiente para el mercado específico de Colombia se utilizó la información
disponible para otros mercados.
Capítulo 5 103
5.5 Conclusiones capítulo 5
En este capítulo se establecieron el propósito del modelo, la construcción del diagrama
causal, la formulación del diagrama de flujos y niveles y la validación del modelo. Para la
construcción del modelo de flujos y niveles de la autogestión de electricidad en Colombia
fue necesario realizar unos supuestos basados en información encontrada en la literatura.
Según el modelo desarrollado en dinámica de sistemas, a continuación se presenta el
análisis de políticas de autogestión implementadas y los resultados obtenidos.
Capítulo 6
6. Análisis de políticas de autogestión y
resultados.
Después de presentar la construcción del modelo de simulación y su validación en el
capítulo anterior, se muestra a continuación el análisis del caso base y posteriormente se
mostrarán los resultados de la aplicación de políticas de autogestión de electricidad
propuestas para el sector residencial urbano con el fin de reducir el consumo de
electricidad.
6.1 Análisis caso base
El caso base del modelo de simulación corresponde al análisis del efecto de la autogestión
de electricidad en la demanda residencial y de interconexión del sistema; y algunos efectos
secundarios (disminución de emisiones de carbono, efectos en el precio, la generación y
el margen de reserva). En el caso base se analizan el número de viviendas totales, el
número de viviendas que microgeneran, las viviendas que sustituyen sus neveras,
lavadoras y estufas por otras más eficientes y las viviendas que conservar energía
eléctrica. La Figura 6-1 presenta las proyecciones de la población y la intensidad
energética según el modelo de simulación desarrollado.
Capítulo 6 105
Figura 6-1. (a) Población (b) Intensidad energética
a. Población (personas) b. Intensidad Energética
(MWh/vivienda)
La Figura 6-2 presenta la generación y capacidad instalada del sistema del escenario base.
Se observa en la Figura 6-2 (a) que a partir de 2019 se deja de generar con gas y se pasa
a carbón.
Figura 6-2. (a) Generación (b) Capacidad instalada
a. Generación (MWh) b. Capacidad Instalada (MW)
Solar, Eólica, Otras, Carbón, Fuel Oil, Gas, Filo de agua, Hidro
La Figura 6-3 (a) muestra las emisiones del caso base, para los años 2018-2020 hay un
incremento debido a la entrada de generación con carbón y esto lleva a que se incremente
el precio para el año 2019 (Figura 6-3 (c)). Para los años 2032-2036 las emisiones
disminuyen notablemente debido a que ya no se genera con carbón. Por su parte el
margen de reserva disminuye paulatinamente debido a la relación entre la demanda de
interconexión y la capacidad instalada.
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10000000
20000000
30000000
40000000
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0,05
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0,15
0,2
0,25
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60
2.000.000
4.000.000
6.000.000
8.000.000
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12.000.000
14.000.000
0
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10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
Capítulo 6 106
Figura 6-3. (a) Emisiones, (b) Margen de reserva, (c) Precio de la electricidad y (d) Demanda de
interconexión
a. Emisiones (TCO2) b. Margen de reserva (%)
c. Precio d. Demanda interconexión (MWh)
Al finalizar los años de simulación, la generación es a partir de fuentes renovables y esto
lleva a que el margen de reserva disminuya y hallan riesgos para la confiabilidad del
sistema.
La Figura 6-4 presenta las viviendas totales del escenario base y las viviendas que optan
por microgenerar su propia electricidad, sustituir las neveras, lavadoras y estufas y
conservar energía. Como se puede observar en la Figura 6-4 (b), (c), (d), (e) y (f), la
penetración de la autogestión en las viviendas colombianas se da en pequeñas cantidades
debido a los pocos incentivos y al escaso conocimiento que existe.
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50000
100000
150000
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250000
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220000
225000
230000
235000
240000
245000
250000
0
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28
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30
20
32
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34
20
36
Capítulo 6 107
Figura 6-4. Viviendas totales y viviendas que autogestionan electricidad en el caso base
a. Viviendas b. Viviendas que microgeneran
c. Viviendas que sustituyen nevera d. Viviendas que sustituyen lavadora
e. Viviendas que sustituyen estufa f. Viviendas que conservan
R1 R2 R3 Total regiones
A partir de las viviendas que autogestionan su consumo de electricidad, mostradas en la
Figura 6-4, la Figura 6-5 muestra el consumo residencial de la red y el consumo ahorrado
por cada técnica de autogestión utilizada.
0
5000000
10000000
15000000
20000000
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4000000
6000000
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100000
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300000
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600000
700000
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800000
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60000
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2000000
4000000
6000000
8000000
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12000000
14000000
16000000
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0
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203
5
Capítulo 6 108
Figura 6-5.Demanda residencial y consumo ahorrado
a. Demanda residencial red (MWh) b. Consumo panel solar (MWh)
c. Ahorro eficiencia (MWh) d. Ahorro conservación (MWh)
R1 R2 R3 Total regiones
6.2 Análisis de políticas
A partir de la revisión de literatura del capítulo 3, acerca de las políticas de autogestión
aplicadas al sector residencial, se ha decidido evaluar la aplicación al caso Colombiano de
políticas de tipo fiscal que incluyen incentivos económicos y exención de impuestos y tasas
de interés; y políticas de información dirigidas a mejorar el conocimiento de la población
sobre las técnicas de autogestión.
A continuación se presentan las políticas aplicadas a cada técnica de autogestión.
6.2.1 Políticas para microgeneración
Dentro de las políticas implementadas para la microgeneración se encuentran:
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
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20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
180000
2014
2015
2017
2019
2021
2023
2025
2026
2028
2030
2032
2034
2036
Capítulo 6 109
Subsidio monetario para la compra del panel solar: Este tipo de política fiscal
busca reducir el precio de compra del panel. Esta política se aplicó en el modelo de
simulación en el costo inversión mediante una reducción del 30% al valor promedio
del panel.
Eliminación de las tasas de interés para la compra de los paneles solares:
Esta política fiscal busca eliminar la tasa de interés anual de la compra de los
paneles solares. Esta política se aplicó en el modelo de simulación en la variable
Tasa interés anual del valor promedio para créditos de consumo de (27,9%).
Divulgación de microgeneración a partir de paneles solares: El conocimiento
sobre las ventajas y avances de la microgeneración puede influir en la decisión de
compra de un consumidor. Este conocimiento se puede adquirir mediante
campañas de mercadeo y promoción enfocadas en avisos publicitarios en
periódicos, revistas, radio y televisión. En el modelo de Bass el parámetro p
representa las influencias externas entre las que se destacan los medios de
comunicación (Bass, 1969; Mahajan et al., 1990, 1995; Sterman, 2000b) . Por tal
motivo, esta política se aplicó en el modelo de simulación pasando el coeficiente
de influencias externas p de 0,006 a 0.0314. Como parte de la divulgación y
promoción de la tecnología se varió el parámetro “fracción de adopción” de 0.001
a 0.03, debido a que representa una transición de un boca-boca débil a uno fuerte
(Sterman, 2000b).
En la Figura 6-6 se presenta la generación (a) y la capacidad instalada (b) del sistema. En
comparación con la gráfica Figura 6-2 del caso base se puede observar una notable
reducción de la generación y, con un retraso, una disminución en la capacidad instalada,
eso se debe a que parte de la demanda residencial fue trasladada hacia la generación
autónoma de electricidad.
Capítulo 6 110
Figura 6-6. (a) Generación, (b) Capacidad instalada bajo políticas para la microgeneración
a. Generación (MWh) b. Capacidad Instalada (MW)
Solar, Eólica, Otras, Carbón, Fuel Oil, Gas, Filo de agua, Hidro
La Figura 6-7 (a) presenta las emisiones del sistema, para el inicio el primer año de
simulación se tienen unas altas emisiones correspondientes a un periodo de generación
con gas, seguidamente la demanda del sistema disminuye y por tanto se puede suplir con
tecnologías más limpias como la hidro y el filo de agua (ver Figura 6-6). Aunque a partir
del año 2026 se incrementan mínimamente las emisiones en comparación con el caso
base, la reducción de las emisiones relacionadas con la generación de electricidad es del
92%. La parte (c) de la Figura 6-7 muestra las variaciones del precio, a partir del año 2026
se incrementa el precio de la electricidad, y lo cual corresponde al año en que se comienza
(en pequeñas proporciones) a generar con carbón. La demanda de interconexión crece
constantemente, pero con variaciones debido a la disminución de la demanda residencial
y la elasticidad precio-demanda.
Figura 6-7. (a) Emisiones, (b) Margen de reserva, (c) Precio de la electricidad y (d) Demanda de
interconexión: bajo políticas para la microgeneración.
a. Emisiones (TCO2) b. Margen de reserva (%)
0
2.000.000
4.000.000
6.000.000
8.000.000
10.000.000
12.000.000
14.000.000
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
140000
160000
0
10
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30
40
50
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4
201
6
201
8
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0
202
2
202
4
202
6
202
8
203
0
203
2
203
4
203
6
Capítulo 6 111
c. Precio d. Demanda interconexión (MWh)
Para los últimos años de simulación el margen de reserva disminuye considerablemente
(ver Figura 6-7 b) lo que puede llevar a apagones durante fenómenos climatológicos
fuertes como el Niño.
La Tabla 6-1 muestra los porcentajes de reducción del precio de electricidad de la red, las
emisiones y el margen de reserva para el caso de aplicación de todas las políticas para la
microgeneración con respecto al caso base, durante todos los años de simulación.
Tabla 6-1. Comparación precio, emisiones y margen respecto al caso base
Microgeneración
Precio -4,3% Emisiones -92,7% Margen -29,6%
En la Figura 6-8 se enseñan las viviendas que adoptaron la microgeneración para suplir
parte de sus necesidades eléctricas. En comparación con el caso base se ve un incremento
del 48% en promedio para todos los años de simulación, lo que lleva a pensar que las
políticas son efectivas para incentivar la penetración de la microgeneración en el sector
Figura 6-20. Viviendas que autogestionan electricidad en el caso de aplicación de todas las políticas
a. Viviendas microgeneran
b. Viviendas que sustituyen nevera c. Viviendas que sustituyen lavadora
d. Viviendas que sustituyen estufa e. Viviendas que conservan
R1 R2 R3 Total regiones Total BAU
0
2000000
4000000
6000000
8000000
10000000
12000000
14000000
16000000
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201
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5
201
7
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9
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0
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2
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4
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5
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7
202
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2
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6000000
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12000000
14000000
201
4
201
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201
7
201
9
202
0
202
2
202
4
202
5
202
7
202
9
203
0
203
2
203
4
203
5
0
2000000
4000000
6000000
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10000000
12000000
14000000
16000000
18000000
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0
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4
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5
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7
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0
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2
203
4
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3000000
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5000000
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7000000
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2
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5
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7
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0
203
2
203
4
203
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0
2000000
4000000
6000000
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10000000
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14000000
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0
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4
202
5
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7
202
9
203
0
203
2
203
4
203
5
Capítulo 6 123
En el anexo D se muestra la efectividad de las políticas implementadas para la autogestión
al mismo tiempo. Se encuentra igualmente las comparaciones para cada año de simulación
respecto al caso base.
6.4 Caso pesimista
El escenario pesimista fue planteado en concordancia con las proyecciones realizadas por
la UPME. Este último caso se plantea como parte de la validación del modelo y la
capacidad del mismo para representar las proyecciones realizadas por el en te estatal
encargado de la planeación energética en el país, UPME.
La Figura 6-21 (a) presenta la generación del sistema, la diferencia con el caso base es de
un 9%. Este aumento de la generación respecto al caso base se debe al aumento de la
demanda residencial. Por su lado, la capacidad es un 4% mayor al caso base.
Figura 6-21. (a) Generación y (c) Capacidad instalada
a. Generación (MWh) b. Capacidad Instalada (MW)
Solar, Eólica, Otras, Carbón, Fuel Oil, Gas, Filo de agua, Hidro
La Figura 6-22 presenta las emisiones, el margen, el precio y la demanda de interconexión
del caso pesimista. La Tabla 6-5 presenta los porcentajes de aumento de acuerdo a las
gráficas de la Figura 6-22.
0
2.000.000
4.000.000
6.000.000
8.000.000
10.000.000
12.000.000
14.000.000
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
30.000
35.000
Capítulo 6 124
Figura 6-22. (a) Emisiones, (b) Margen de reserva, (c) Precio de la electricidad y (d) Demanda de
interconexión: bajo el caso pesimista
a. Emisiones (TCO2) b. Margen de reserva (%)
c. Precio d. Demanda interconexión (MWh)
Tabla 6-5. Comparación caso pesimista respecto al caso base
Caso pesimista
Precio 2,2%
Emisiones 166,4%
Margen 36,4%
Demanda interconexión 9%
La demanda residencial de electricidad para el caso pesimista se presenta en la Figura
6-23. Respecto al caso base, en el cual se considera la penetración de la autogestión de
electricidad, la demanda residencial de electricidad crece un 33%.
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0
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20
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30
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4
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5
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7
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202
0
202
1
202
3
202
4
202
6
202
7
202
9
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0
203
2
203
3
203
5
203
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215000
220000
225000
230000
235000
240000
245000
250000
255000
0
2000000
4000000
6000000
8000000
10000000
12000000
14000000
201
4
201
5
201
7
201
9
202
1
202
3
202
5
202
6
202
8
203
0
203
2
203
4
203
6
Capítulo 6 125
Figura 6-23. Demanda residencial caso pesimista
a. Demanda residencial red (MWh)
R1 R2 R3 Total regiones Total BAU
En la Tabla 6-6 se presenta las proyecciones de la demanda de energía eléctrica realizada
por la UPME para los años 2027 y 2031.
Tabla 6-6. Proyecciones UPME de energía eléctrica
UPME- Demanda EE (GWh)
Referencia Año Esc Alto Esc Medio Esc Bajo
(UPME, 2013b) 2031 124053 111292 100202
(UPME, 2013b) 2027 107966 99355 91569
(UPME, 2013a) 2027 106032,5 98864,3 91696
(UPME, 2013c) 2027 92279,25 90265,07 88250,9
6.5 Conclusiones capítulo 6
De acuerdo a los resultados presentados en este capítulo se concluye que las políticas
fiscales y de divulgación de las tecnologías aportan considerablemente para el desarrollo
de la autogestión de electricidad en el sector residencial urbano de Colombia. Sin embargo,
un análisis exclusivamente financiero concluye que la técnica de autogestión que entrará
al mercado sin importar las políticas fiscales o publicitarias implementadas será la
0
500000
1000000
1500000
2000000
2500000
3000000
3500000
4000000
201
4
201
6
201
8
202
0
202
2
202
4
202
7
202
9
203
1
203
3
203
5
Capítulo 6 126
microgeneración, pues el desarrollo de la tecnología fotovoltaica ha permito disminuir su
costo y por tanto existe paridad de red.
Bajo los esquemas modelados, al reducirse la demanda y aumentar la generación a partir
de fuentes renovables (hidro, filo y eólica principalmente), el margen de reserva disminuye
hasta puntos críticos en los cuales se amenaza el suministro de energía bajo fenómenos
climatológicos extremos (Niño).
A continuación se presenta el capítulo final con las conclusiones del trabajo de
investigación desarrollado.
Capítulo 7
7. Conclusiones y trabajo futuro
Este capítulo contiene los aportes derivados de esta tesis de investigación y la divulgación
que se han hecho de ellos, adicionalmente se proponen trabajos futuros que permitan
continuar con el estudio del problema de investigación.
7.1 Conclusiones
Dado el nuevo esquema de abastecimiento de la demanda (en el cual se considera al
consumidor final como un agente activo en la gestión de su consumo de electricidad) que
proporciona las posibilidades para tomar las decisiones correctas y encontrar el mayor
beneficio posible para el usuario final, la autogestión de electricidad permite integrar todas
las técnicas del lado del consumidor para la reducción de demanda de electricidad. Esta
reducción de electricidad consumida trae consigo beneficios ambientales ligados a la
reducción de generación a partir de fuentes fósiles, un aumento en la seguridad del sistema
y un menor precio pagado por la electricidad consumida.
El sector residencial de Colombia constituye el 40% de la demanda nacional de energía
eléctrica. Al ser un sector intensivo en el consumo de electricidad debido al uso continuo
de electrodomésticos, se considera un foco importante en esfuerzos para la reducción del
uso de energía y por tanto es primordial dentro de esta investigación para estudiar lo que
pasará si se implementan políticas fiscales y publicitarias que permitan gestionar de
manera apropiada dicho consumo de electricidad.
Capítulo 7
Conclusiones
128
A la luz de los resultados obtenidos dentro de esta tesis de investigación, se puede concluir
que las políticas propuestas son efectivas para fomentar la penetración de la autogestión
de electricidad en el sector residencial de Colombia y que, aun sin la implementación de
políticas el país está a puertas de un cambio inminente en la forma en la que se concibe
el suministro de energía y la gestión de la misma.
A continuación se presenta el reporte del cumplimiento de los objetivos específicos de esta
tesis de investigación y consigo el cumplimiento del objetivo general planteado.
Reporte cumplimiento de los objetivos específicos:
A continuación se presenta el cumplimiento de los objetivos específicos planteados y los
logros alcanzados en relación a cada uno.
Identificar las principales tecnologías que podrían incrementar la autogestión de
electricidad en sector residencial colombiano.
Dentro del estudio realizado durante los capítulos 2 y 3 se explican las principales
características de la microgeneración y eficiencia a nivel mundial y local. Para Colombia
se eligieron las celdas fotovoltaicas para microgenerar y los electrodomésticos de mayor
consumo o aquellos que son objeto del plan de acción del PROURE. Para tales tecnologías
se consideraron escenarios que proporcionaran un ambiente más propicio para la
penetración de la autogestión de electricidad en el sector residencial y el mercado eléctrico
de Colombia. El aporte de la investigación en cumplimiento con este objetivo consiste en
exponer las principales tecnologías propicias para la promoción de la autogestión.
Construir un modelo de simulación que permita conocer y comprender la
autogestión de electricidad.
En el capítulo 4 se mostró por qué la dinámica de sistemas es la mejor metodología de
simulación para afrontar la problemática planteada. Luego, en el capítulo 5 se desarrolló
el modelo a partir del cual es posible estudiar la autogestión de electricidad en el sector
Capítulo 7
Conclusiones
129
residencial de Colombia. El modelo de demanda realizado, al ser parte de una plataforma
general que integra y modela el mercado eléctrico y las tecnologías bajas en carbono,
permite una comprensión holística de todos los elementos relacionados con la autogestión
de electricidad.
Formular políticas que permitan incentivar el desarrollo de la autogestión de
electricidad en el sector residencial urbano de Colombia
Con la revisión bibliográfica realizada en el capítulo 3 sobre las políticas aplicadas a nivel
mundial para la microgeneración, eficiencia y conservación, se lograron proponer y
estudiar cinco casos diferentes que permitieron resolver las preguntas existentes sobre lo
que pasaría si se incentivara la autogestión de electricidad en el sector residencial
colombiano. A partir de este análisis se descubrió que un marco general con políticas
fiscales y de publicidad hacia la autogestión aumentará considerablemente los porcentajes
de penetración de dicha técnica en el mercado eléctrico colombiano; además de modificar
la dinámica del mercado de manera importante.
Al evidenciar el cumplimiento de cada uno de los objetivos específicos se garantiza el
alcance del objetivo general planteado en el capítulo 3.
Divulgación de los resultados
Penetración de los sistemas fotovoltaicos en el sector residencial colombiano. Evento: XI
Encuentro Colombiano de Dinámica de Sistemas. En: Bucaramanga, Colombia
(Septiembre 11- 13, 2013).
Efecto de la selección de tecnologías renovables en la demanda de electricidad residencial.
Evento: XI Congreso Latinoamericano de Dinámica de Sistemas. En: Ciudad de México,
México (Nov. 6-8, 2013).
Capítulo 7
Conclusiones
130
Evaluación de la difusión de microgeneración. Evento: XII Encuentro Colombiano de
Dinámica de Sistemas. En: Bogotá, Colombia (Agosto 27- 29, 2014).
7.2 Trabajo futuro
Como parte de análisis posteriores a esta investigación se recomienda realizar
estudios que permitan evaluar escenarios para los incentivos especí ficos
propuestos en la Ley 1715 después de tener como referencia la regulación
pendiente por efectuarse.
Se considera oportuno realizar un estudio que abarque los sectores comerciales e
industriales del país, pues representan el 60% de la demanda de electricidad del
país y algunos integrantes de estos sectores representan a los consumidores no
regulados del sistema, por ende son porciones del mercado potencial para la
autogestión de electricidad en el país.
Referencias 131
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A. Anexo: Modelo de simulación PowerSim Studio 9
Microgeneración
Regiones según factor de brillo solar
La tabla A1 presentada a continuación, muestra la información correspondiente al recurso solar para cada uno de los departamentos
del SIN. En esta tabla se incluye el número de usuarios totales, la cobertura del SIN, el promedio de horas de brillo solar al día, y para
cada mes. Se presenta además el factor de carga de los paneles fotovoltaicos, correspondiente a cada región según su disponibilidad
promedio de sol diario, el cual indica la porción de día en que el sistema fotovoltaico podría generar energía en cada zona, según la