La importancia de la modelación en la planeación del sector energético Dr. Sergio M. Alcocer

1. La importancia de la modelación en la planeación del sector energético Dr. Sergio M. Alcocer Subsecretario de Planeación Energética y Desarrollo Tecnológico 27 de septiembre de 2011

2. Energía y Desarrollo Sostenible • La energía es el motor de la producción de bienes y servicios de todos los sectores de la economía. Es fundamental para la prestación de servicios sociales básicos, la mejora del acceso a la enseñanza y el aumento en los ingresos. • El suministro de energía requiere múltiples procesos: extracción, producción, conversión, transformación, transporte y distribución. Estos procesos, y la utilización de energía, generan emisiones y productos secundarios no deseados. • La planeación del sector requiere la intervención de un gran número de entidades públicas y privadas, así como el uso de herramientas que permitan evaluar decisiones de largo alcance, que son determinantes para lograr su compatibilidad con un desarrollo sostenible. Sociedad Instituciones y políticas Medio Ambiente Economía

3. Importancia de los modelos • El uso de modelos permite adoptar decisiones fundamentadas en el comportamiento esperado de la oferta y la demanda de energía. Proporcionan una base para: • Determinar las opciones y evaluar sus puntos fuertes y débiles. • Comparar las opciones y, por tanto, calcular los costos y beneficios de las aquellas • Examinar los factores limitativos y analizar los límites de los marcos actuales o futuros (financieros, de políticas internas y externas, etc.) • Evaluar los resultados posibles y valorar las posibilidades de éxito a corto y largo plazo. • Manejar grandes volúmenes de datos.

4. Utilidad de los modelos del sector energético • Los modelos permiten la búsqueda de equilibrio entre las necesidades (demanda) y los recursos (oferta) de energía, el acceso a servicios energéticos adecuados, a través del mejor suministro disponible. • Son fundamentales para lograr la seguridad energética de un país. • El uso de modelos permite evaluar: • Reformas estructurales • Cambios tecnológicos • Seguridad de suministro de energía • Fomento a una producción sostenible • Cambios en las pautas de consumo • Desarrollo de infraestructura y capacidades • Importaciones de recursos energéticos.

5. Representación de variables Situaciones complejas y decisiones de gran valor económico Características del sector Características del entorno Exposición a mercados internacionales Activos con impacto en el largo plazo • Volatilidad de los precios de referencia. • Intensificación de los ciclos económicos. • Cambios en la estructura de los mercados y la regulación. • Alta intensidad de capital en las principales líneas de negocios. Incertidumbres Satisfacción de demandas en continua evolución • Nuevos desarrollos en E&P • Estructuras de costos • Energías renovables y energía nuclear • Crecimiento de la demanda de energía. • Cambios en la estructura de la demanda. • Múltiples interacciones entre los participantes del sector. Procesos productivos complejos intensivos en el uso de capital • Refinación • Proceso de gas y petroquímica • Plantas de generación eléctrica

6. Clasificación de modelos energéticos

7. Tipos de enfoque Los modelos de usos finales (bottom-up) y agregados (top-down) son complementarios, ya que responden a distintas preguntas. Su integración permite analizar el impacto de las diferentes políticas, cambios resultantes en precios relativos e ingreso real, sobre el medio ambiente y sobre los distintos sectores de la economía. El impacto se observa por medio de variaciones en los niveles de demanda de combustibles y energía secundaria.

8. Principales elementos en la planeación energética de México Oferta de Hidrocarburos y consumo de sector petrolero Escenarios prospectivos Macroeconómico Petróleo y gas natural Gas seco y gas LP Petrolíferos y gas LP Autoconsumos de petrolíferos y gas seco Precios de combustibles PEP PGPB PR PEP, PGPB, PR y PPQ Medidas y uso eficiente de energía Oferta y demanda de electricidad y consumo de combustibles del sector eléctrico Demanda máxima de electricidad Requerimientos de capacidad Combustibles para generación Ahorro de energía del sector eléctrico Pública y Privada Por opción tecnológica Por combustibles a utilizar Programa de autoabastecimiento Demanda de combustibles por sectores: transporte, industrial, residencial, servicios y eléctrico privado Demanda de combustibles Demanda por sector Demanda nacional, regional y estatal • Total país • Noroeste, etc • México DF, etc • Gasolinas • Diesel • Combustóleo • Turbosina • Coque de petróleo • Gas natural • Gas LP • Transporte • Industrial • Residencial • Servicios • Eléctrico privado PREMISAS SECUENCIA DE PROYECCIONES

9. Principales productos Balances prospectivos Otros Inversiones Estrategia Nacional de Energía • Potencial de ahorro de energía. • Infraestructura de importación • Pozos • Capacidades de procesamiento de refinación y gas • Capacidad de generación de electricidad • Infraestructura de transporte y distribución • Petróleo • Electricidad • Gasolinas • Diesel • Combustóleo • Turbosina • Coque de petróleo • Gas natural • Gas LP Prospectiva de petróleo crudo Prospectiva de gas LP Prospectiva de petrolíferos Prospectiva de gas natural Políticas Energéticas Prospectiva del sector eléctrico Prospectiva de renovables

10. Principales modelos del sector Hidrocarburos Electricidad Eficiencia Energética Energías renovables

11. Oferta de hidrocarburos Insumos Modelos Resultados • Propiedades de yacimientos, • Factores de recuperación Riesgo exploratorio, volumen original, • Comportamiento presión-producción de yacimientos Modelos técnicos • Portafolio de proyectos • Oferta de crudo y gas • Riesgo de proyectos Documentación y evaluación Jerarquización cartera • Capacidad de proceso y logística • Proceso de crudo • Elaboración e importación de petrolíferos • Precios, demandas, capacidad infraestructura, especificaciones MOSNR MOSDEC • Capacidad de proceso y transporte • Balance de gas y líquidos • Precios, demandas, capacidad infraestructura, especificaciones MOGAS Modelos locales • Jerarquización del portafolio de inversiones • Optimización global de operaciones • Alineación con restricciones de liquidez y endeudamiento • Precios, demandas, capacidad infraestructura, especificaciones MOGEO Jerarquización cartera

12. Demanda de hidrocarburos Insumos Modelos Resultados • Pronóstico de demanda por combustibles: • Gasolina • Diesel • Coque de petróleo • Turbosina • Combustóleo • Gas Natural • Gas LP • Por sector: • Transporte • Autotransporte • Aéreo • ferroviario • Industrial • Residencial • Autogeneración • Servicios • Agropecuario • Pronóstico de demanda regional • Escenario macroeconómico • Escenarios de precios de combustibles • Proyección regional del parque vehicular por modelo y categoría • Estimación de las eficiencias medias del parque vehicular • Información de consumidores clave de GN • Factores de eficiencia • Información de permisos de autogeneración • Información de proyectos de Pemex • Información de consumidores de coque de petróleo Autotransporte Industrial Residencial Autogeneración Servicios Transporte Aéreo Transporte Ferroviario Agrícola

13. Oferta de electricidad Insumos Modelos Resultados • Plan de expansión • Reserva del sistema • Año de entrada en operación • Inversiones en capacidad • Análisis de la expansión de la red principal de transmisión • Plan de expansión de mínimo riesgo incorporando incertidumbre de precios de combustibles • Confiabilidad de la red de transmisión • Potencia no suministrada • Flujos estabilidad, detalle de obras de transmisión • Expansión de redes de transporte de gas natural • Evolución de la demanda • Parque de generación existente • Proyectos potenciales • Precios de combustibles • Parámetros de evaluación • Capacidad hidroeléctrica • Curvas de carga por nodo • Proyectos de transmisión • Costos de inversión • Costos de operación • Costos de falla WASP PEGyT México Análisis de redes PEGyT/AR PEGyT/RTG

14. Demanda de electricidad Insumos Modelos Resultados Residencial • Pronóstico de demanda sectorial: • residencial, • comercial, • alumbrado, • bombeos de aguas potables y negras, • riego agrícola, • servicio temporal, • empresa mediana y gran industria. • Pronóstico de demanda regional Comercial • Escenario macroeconómico • Escenarios de precios de combustibles • Escenario de ahorro de electricidad por sector y uso • Criterios de determinación de pérdidas no técnicas Alumbrado Público Bombeo Gran Industria Empresa Mediana Servicio Temporal Agrícola

15. Eficiencia energética Insumos Modelos Resultados • Estimación del parque vehicular actual, su consumo energético y crecimiento • Estimación del parque de lámparas y evolución con base en su consumo y horas de uso promedio • Estimación del consumo, entrada y salida del parque de equipos del hogar e inmuebles con base en ventas, función de retiro natural e información disponible • Potencial de cogeneración identificado • Parque de edificaciones y estimación de su crecimiento • Estimación del parque de motores actual, su crecimiento y desempeño, tomando en cuenta las ventas de los últimos años • Proyecciones de crecimiento de bombas de agua con base en datos históricos e información disponible • Impacto de medidas de eficiencia energética: • Transporte • Iluminación • Equipos del hogar • Inmuebles • Cogeneración • Edificaciones • Motores industriales • Bombas de agua • Pronóstico de ahorro de demanda de energía (abatimiento) MOAbEn

16. Energías Renovables Insumos Modelos Resultados • Expansión del parque de generación existente por tecnología. • Las tecnologías renovables consideradas son: • Biogas • Biomasa • Geotermia • Gas de relleno sanitario • Mini y Micro Hidráulica • Solar fotovoltaica • Solar térmica • Eólica • Generación por tipo de tecnología. • Evolución de la demanda • Parque de generación existente • Detalle hidrológico de cuencas • Definición de potencial de energías renovables • Precios de combustibles • Parámetros de evaluación • Capacidad hidroeléctrica • Capacidad de líneas principales de transmisión • Costos de inversión • Costos de operación Ordena @Plus1/ 1/ Actualmente en desarrollo

17. Modelos de sistema Insumos Modelos Resultados • Infraestructura actual (capacidades de transformación y transporte de energéticos) • Precios y disponibilidad de energéticos • Demanda eléctrica y de combustibles • Costos de inversión • Escenarios de uso de fuentes renovables en producción de energía eléctrica • Variables económicas • Capacidad, ubicación geográfica y tipo de tecnologías de nuevas centrales eléctricas. • Niveles de despacho • Consumo de combustibles por tipo y fuente de suministro. • Capacidad y ubicación de infraestructura de transmisión y transporte de gas natural. • Emisiones de GEI del Sector Eléctrico. • Inversiones DOSE • Capacidad, ubicación geográfica y tipo de tecnologías de nuevas centrales eléctricas. • Estimación de emisiones de GEI • Impacto de medidas de mitigación en las emisiones de GEI • Balances de energía prospectivos • Requerimientos y uso de energéticos • Requerimientos de infraestructura de transformación • Disponibilidad de recursos (petróleo crudo, GN, carbón, potencial de fuentes renovables) • Capacidades de transformación • Demanda eléctrica y de combustibles por sector • Variables económicas MEM 70

18. Comentario final • La planeación del sector energético de México es un proceso complejo, con distintos niveles de refinamiento • La elaboración de modelos de varios tipos y distintos niveles de profundidad es indispensable para obtener resultados confiables y oportunos para la toma de decisiones • Es indispensable la articulación de las entidades participantes, así como el desarrollo de modelos de país.

19. Reflexión final – Ismael Herrera Revilla • Universitario comprometido • Investigador de vanguardia • Maestro • Forjador de nuevas iniciativas

20. La importancia de la modelación en la planeación del sector energético Dr. Sergio M. Alcocer Subsecretario de Planeación Energética y Desarrollo Tecnológico 27 de septiembre de 2011

21. Material de apoyo

22. Exploración y Producción • Estimar las reservas a descubrir y los pronósticos de producción, documentar el portafolio de proyectos, jerarquización y selección de proyectos. Objetivo Modelos técnicos • Sistema de evaluación probabilista, herramientas técnicas de balance de materia y simulación numérica de yacimientos. Metodología Documentación y evaluación Jerarquización cartera • Corto a largo plazo. Horizonte de planeación • Nivel de detalle: • Proyecto/campo • Proyecto/campo/oportunidad • Proyecto/unidad de inversión Características generales

23. Modelo de Optimización del Sistema Nacional de Refinación • Minimizar el costo de suministro de la demanda de petrolíferos. Objetivo Metodología • Optimización lineal MOSNR • Corto a mediano plazo. Horizonte de planeación • Programación de operaciones, análisis de inversiones y mejora operativa Características generales

24. Modelo de Optimización del Suministro y Demanda de Energía y Combustibles • Minimizar el costo de suministro de la demanda de energéticos. Objetivo • Optimización lineal Metodología MOSDEC • Largo plazo. Horizonte de planeación • Optimización de inversiones, diseño de políticas sectoriales Características generales

25. Modelo de Optimización de las Operaciones de PGPB • Optimizar la distribución de corrientes de proceso y transporte de productos, para satisfacer la demanda de productos. Objetivo MOGAS • Modelo de programación lineal estática multiplanta. Metodología Modelos locales • Largo plazo. Horizonte de planeación • Cumplir con restricciones de capacidad, inversión, entre otras, al mínimo costo. • Programación de operaciones, análisis de inversiones Características generales

26. Corporativo • Maximizar el valor de los hidrocarburos y obtener una cartera jerarquizada y optimizada de proyectos de inversión. Objetivo MOGEO • Optimización lineal y estimación estocástica probabilística. Metodología Jerarquización cartera • Corto a largo plazo. Horizonte de planeación • Estudios especiales, coordinación interorganismos. Características generales

27. Demanda de hidrocarburos Autotransporte • Proyectar la demanda final de combustibles en México. Objetivo Industrial • Metodología bottom-up, modelo microeconómico neoclásico de optimización Residencial Metodología Autogeneración • Largo plazo (16 años) y corto plazo (36 meses). Servicios Horizonte de planeación Transporte Aéreo Transporte Ferroviario • Incorpora escenarios dela actividad económica, precios al público, ahorro de energía y penetración de tecnologías. Características generales Agrícola

28. Pronóstico del consumo nacional de electricidad Objetivo • Pronosticar el consumo nacional de electricidad por sector. Residencial Comercial Alumbrado Público Metodología • Modelo econométrico, dinámico, logarítmico. Bombeo Horizonte de planeación • Trayectoria de 30años Gran Industria Empresa Mediana Servicio Temporal Características generales • Se basa en el escenario macroeconómico, de población y vivienda, de precios de combustibles, de ahorro de electricidad y criterios de determinación del nivel de recuperación de pérdidas no técnicas Agrícola

29. WeinAutomaticSystemPlanning Objetivo • Determinar un plan óptimo de adiciones de capacidad de generación para el sistema eléctrico al mínimo costo. Metodología • Algoritmo de programación dinámica. Simulaciones probabilísticas que incorporan efectos aleatorios. WASP Horizonte de planeación • Mediano y largo plazos. En CFE se consideran 20 años. Características generales • Modelo Uninodal

30. Modelo de Planificación de Expansión de Generación Objetivo • Definir planes regionales de expansión de capacidad de generación y de la red principal de transmisión para satisfacer la demanda prevista de manera confiable y a un mínimo costo. Metodología • Programación lineal (técnica de partición de Benders) PEGyT Horizonte de planeación • Mediano y largo plazos. En CFE se consideran 20 años. Características generales • Las opciones disponibles para la expansión de la capacidad de generación en cada región (nodo), se definen exógenamente a partir de los catálogos de proyectos potenciales de diversas tecnologías.

31. Modelo México Objetivo • Minimizar los costos de producción y energía no suministrada. • Corto plazo. Horizonte de planeación México Metodología • Simulación Monte Carlo y Programación lineal. Características generales • Generar valores que indiquen la conveniencia de instalar elementos de generación y/o transmisión para reducir costos de producción y el nivel de falla. • Calcular los valores promedio de los costos de producción a un nivel sistema y la potencia no suministrada total y en cada uno de los nodos.

32. Análisis de Redes Objetivo • Diseñar el Programa de expansión de Trasmisión del sistema eléctrico nacional. • Corto, mediano y Largo Plazo Horizonte de planeación Metodología • Análisis de flujos de potencia, estabilidad transitoria, estabilidad de voltaje y cálculo de corto circuito Análisis de redes Características generales • Se modelan todos los elementos del sistema en los niveles de tensión de 69 s 400 kV.

33. Modelo de Planificación de Expansión de Generación con acotamiento de riesgos (AR) Objetivo • Determinar el tipo de tecnología y capacidad de generación que debe instalarse, así como el momento y la ubicación en donde se instalará. Metodología • Técnicas de la optimación matemática: descomposición de Benders, programación Entera-Mixta, Dinámica-Dual, relajación lagrangiana. PEGyT/AR Horizonte de planeación • 15 años Características generales • Minimizar el valor presente de los costos de inversión más los costos asociados con la operación.

34. Modelo de Planificación Integrado de Expansión de Generación y Red de Transporte de Gas Objetivo • Determina planes multi-anuales de expansión del sector eléctrico, fuentes y redes de transporte de gas natural Metodología • Técnica de gradiente condicionado para descomponer el problema y solución con el optimizador PEGyT actual y un problema multietapa, de programación lineal entera-mixta. PEGyT/RTG Horizonte de planeación • 15 años Características generales • Descompone el problema Integral de Expansión en dos subproblemas de la infraestructura de generación uy transmisión de electricidad y suministro y transporte de gas natural.

35. Modelo Bottom-up para Abatimiento de Energía Objetivo • Estimar el éxito de las medidas de abatimiento. Metodología • Modelo Bottom-up, lineal. MOAbEn Horizonte de planeación • Hasta el año 2030. Características generales • Transporte, • Iluminación, • Equipos del hogar, • Inmuebles, • Cogeneración, • Edificaciones, • Motores industriales, • Bombas de agua

36. Ordena @Plus • Identificar oportunidades estratégicas para sistemas de generación en donde las energías renovables juegan un rol relevante. Objetivo Metodología • Optimización lineal Ordena @Plus • Corto a largo plazo. Horizonte de planeación • Determinar las capacidades de generación y el programa de inversión requerido para abastecer la demanda eléctrica. • Representación detallada de plantas hidroeléctricas, y de escenarios de energías renovables Características generales

37. Desarrollo Óptimo del Sector Energético Objetivo • Determinar la solución de mínimo costo, para el crecimiento del Sector Energético basado en el crecimiento de la demanda Metodología • Programación lineal DOSE Horizonte de planeación • Largo plazo. 25 períodos simultáneos. Cada período puede ser un año. Características generales • Optimización simultánea de los períodos.

38. Modelo Energético de México al 2070 Objetivo • Evaluar el impacto de medidas de mitigación en las emisiones de GEI, originadas por el uso de combustibles fósiles en el sector para el largo plazo. Metodología • Modelo uninodal del tipo energético-ambiental. MEM 70 Horizonte de planeación • Actualmente, el horizonte de planeación es a partir de 2007 con escenarios al 2070. Características generales • Estructurado en la plataforma LEAP (Long-rangeEnergyAlternativesPlanningSystem) desarrollada en el Instituto del Medioambiente de Estocolmo.

39. Modelos utilizados y sus aplicaciones Fuente: Modelos de planeación energética, Gerardo Bazán y Gilberto Ortiz; Energía a debate, Marzo-Abril 2010.

40. Modelos utilizados y sus aplicaciones (cont.) Fuente: Modelos de planeación energética, Gerardo Bazán y Gilberto Ortiz; Energía a debate, Marzo-Abril 2010.