Proyecto Final

Integrantes Paula Flores María Jesus Traub

Contexto

En Chile, la preocupación por el medio ambiente ha aumentado a lo largo de los años, y gracias a esto se ha tomado más conciencia sobre cómo proteger al planeta del calentamiento global. De hecho, últimamente se ha puesto bastante enfasis en la utilizacion de las energías renovables, con el propósito de dejar de utilizar las no renovables o que producen exceso de contaminacion.

A partir de esto, se está buscando eliminar las fuentes de energía que son contaminantes y dañinas tanto como para el planeta como para el ser humano.

En chile, se aprobo la ley que busca eliminar las empresas termoeléctricas para el 2025, y actualmente hay 29 termoeléctricas a carbón que producen el 91% de las emisiones totales de CO2 que genera en electricidad el país. Estas se encuentran localizadas en en las comunas de Iquique, Tocopilla, Mejillones, Huasco, Curicó, Puchuncaví, Hualpén y Coronel.

Este proyecto busca investigar y predecir cuál de estas termoeléctricas a carbón puede ser reemplazada por energías renovables como lo es una planta fotovoltaica.

Fuente: “radiolaclave.cl”

Motivar el contexto de su pregunta ¿Por qué es relevante responder su pregunta? ¿Qué dice la opinión pública y/o la literatura?

El calentamiento global es un aumento de la temperatura media de la atmósfera terrestre y de los océanos. Se postula que la temperatura se ha elevado desde finales del siglo XIX debido a la actividad humana, principalmente por las emisiones de CO2 que incrementaron el efecto invernadero. Gran responsabilidad de esta emisión de CO2 es debido a las industrias y generación de energía a base de carbón.

De esta manera, al estar a favor de la preocupacion y cuidado por el medio ambiente, basamos nuestra investigación en predecir e investigar el reemplazo de una termoeléctrica por una planta fotovoltaica, para esto influyen varios factores que son relevantes al momento de hacer la proyección.

Es de importante relevancia investigar la futura instalacion de plantas generadoras de energías fotovoltaicas, debido a que existen distintos factores determinantes para su funcionamiento (clima, espacion, ubicación, demografía) que no seran los mismo que influyen en las plantas generadoras de energía a base de carbón.

Por otra parte, se observa en la población una alta exigencia y respuesta del gobierno por un cambio en la generación de energía a nivel país, como podemos ver en la siguiente noticia:

“Cámara aprobó en general proyecto que prohíbe las centrales termoeléctricas a carbón a partir de 2025” Esta noticia anuncia la ley que comenzará a regir el 31 de diciembre de 2025 para las plantas de generación termoeléctrica a carbón que tengan menos de treinta años de antigüedad. Fuente: “https://www.elmostrador.cl/dia/2020/10/27/camara-aprobo-en-general-proyecto-que-prohibe-las-centrales-termoelectricas-a-carbon-a-partir-de-2025/”

Por último, a nivel particular la energía solar ha tomado bastate importancia al momento de hablar cuando se trata de energias renovables. En Chile, se ha visto un aumento de instalación paneles solares el los techos de hogares y edificios. Sin embargo, para los hogares estos paneles solares en el hogar son visto como una inversión a largo plazo, dado el alto costo que requiere la instalacion y compra de uno, que finalmente tendra resultados en las cuentas de electricidad del hogar despues de varios años hecha la inversión.

Elección pregunta

Debe ser una pregunta relevante en el contexto del curso, es decir, para el estudio de la ciencia económica o un ambiente de negocios. Como ejemplo, pensar en la predicción del precio de un commodity, de una divisa, del éxito de un negocio o de la localización espacial de una nueva tienda, pueden ser buenas aproximaciones iniciales.

¿En qué zona de Chile existen mayores probabilidades de reemplazar una planta termoeléctrica generadora de energía a carbón por una planta solar de energía fotovoltaica?

Elección de la fuente de datos

Elegir una base de datos que 1) sirva para responder la pregunta, 2) sea la mejor opción alcanzable para responder la pregunta. Utilizar más de una fuente de datos para responder a la pregunta será altamente valorado.

rm(list=ls())

Base de datos e instalacion de paquetes

library(data.table)
library(lubridate)
library(ggplot2)
library(treemap)
library(leaflet)
library(rgdal)
library(deldir)
library(sp)
library(RColorBrewer)
library(KernSmooth)
library(maptools)
library(ggmap)
library(plotKML)

path<-("C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final")

setwd(path)


Generacion_Distribuida<-fread("C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/se_netbilling.csv.csv", encoding="UTF-8")

Consumo_Final<-fread("C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/_search.csv", encoding="UTF-8")

Balance_Nacional<-fread("C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/BalanceNacionaldeEnergia_2762851603482366570.csv", encoding="UTF-8")

Proyecto_costruccion<-fread("C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/se_proyectos_en_construccion_gx.csv.csv", encoding="UTF-8")

Generacion_bruta<-fread("C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/_sql.csv", encoding="UTF-8")

Termoelectricas_carbon<-readOGR(dsn ="C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/Mapa termoelectrica.kml")
## OGR data source with driver: KML 
## Source: "C:\Users\mariajesustraub\Desktop\Rstudio\Proyecto final\Mapa termoelectrica.kml", layer: "Capa sin nombre"
## with 27 features
## It has 2 fields
Centrales_energia <- readOGR(dsn ="C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/mapa centrales solares.kml")
## OGR data source with driver: KML 
## Source: "C:\Users\mariajesustraub\Desktop\Rstudio\Proyecto final\mapa centrales solares.kml", layer: "mapa centrales solares"
## with 86 features
## It has 2 fields
Centrales_solares<-fread("C:/Users/mariajesustraub/Desktop/Rstudio/Proyecto final/Centrales solares.csv")

Descripcion de las base de datos

Proyecto_construccion: Detalle de los últimos proyectos de centrales de generación eléctrica declarados -a la fecha- en etapa de construcción

Consumo_Final: Detalle histórico del consumo final sectorial, en teracalorias, desde el año 2008.

Generacion_Bruta: Generación bruta horaria, en MWh, para el mes y año seleccionado.

Generacion_Distribuida: Listado de las instalaciones inscritas ante la SEC, mediante el Trámite eléctrico TE4.

Balance_Nacional: Detalle histórico del balance energético completo, en teracalorias, desde el año 2008.

Consumo_Electrico_Anual: Información procesada a partir de las entregas de antecedentes de empresas distribuidoras a la Comisión Nacional de Energía. Para efectos del presente cálculo, se entenderán como clientes residenciales a los clientes pertenecientes a las tarifas BT1a y BT1b.

Trabajo de la fuente de datos

Análisis de gráficos

ggplot(data=Generacion_bruta,aes(Tecnologia)) + geom_bar()  +  theme(axis.text.x = element_text(angle=85, vjust=0.6)) + labs(x="Tipo de Tecnologia", y="Numero de Centrales en Chile") + labs(title="Centrales energéticas de Chile")

Podemos observar que Tecnología que posee mayores centrales en Chile es en primer lugar Petroleo Diesel con mas de 100 centrales y en tercer lugar se encuentra la de Tencologia Solar Fotovoltaica, con mas de 75 centrales. Las centrales de carbón al año 2019 son menos de 20.

ggplot(data=Generacion_Distribuida[mes_anio=="01/09/2020"],aes(region, fill=tecnologia)) + geom_bar() + labs(x= "Region", y="Numero de Centrales", title="Centrales Fotovoltaicas en Chile")

Las regiones donde más se consume energía a partir de Centrales solares son la RM, VI y la III.

ggplot(data=Generacion_bruta[Tecnologia=="Carbón"],aes(Central, Generacion_MWh)) + geom_bar(stat="identity") + theme(axis.text.x = element_text(angle=60, vjust=0.6)) + labs(title="Generación bruta por central de Carbón")

El grafico contiene la cantidad de energia generada medido en MWh por central. Estas centrales para el año 2025 ya no existiran en Chile, por lo tanto, el objetivo de esta investigación sera reemplazar estas centrales por centrales fotovoltaicas y que generen aproximadamente la misma cantidad de energia que las actuales.

ggplot(data=Generacion_Distribuida[mes_anio=="01/09/2020"],aes(region, potencia_kw, color=region)) + geom_jitter(position = "jitter") + coord_flip() + theme(axis.text.x = element_text(angle=90, vjust=0.3)) + labs(title=" Generación distribuída por región y comuna")

Con el grafico anterior podemos observar que las centrales que distribuyen mayor energía con las ubicadas en las regiones IV, V y XVI, con una potencia de mas de 85 kw.

Análisis de Mapas

Mapa de termoeléctricas a carbón en Chile
proj4string(Termoelectricas_carbon)
## [1] "+proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs"
leaflet(Termoelectricas_carbon)%>% 
  addTiles()%>% 
  addMarkers()

En este mapa podemos observar que las termoeléctricas a carbón están mayormente ubicadas en la costa ya que, para producir energía a través de carbón, se necesitan grandes cantidades de agua que provienen de mares o ríos. Esta materia prima se utiliza como combustible para evaporar agua, y a través de ese proceso se generaría energía. Después, cuando el agua se condensa se tiende a devolver el agua donde provenía.

Algunas de estas centrales no se encuentran en funcionamiento ya que, como hemos dicho anteriormente, se busca cerrar todas las plantas a carbón para el 2025. Esto ha hecho que alguna de estas plantas ya hayan cerrado su planta de producción, pero aún así están las instalaciones, las que estamos analizando si se deben reemplazar o no por una Central fotovoltaica.

Mapa de centrales de energía sola. (Fotovoltaica)

proj4string(Centrales_energia)
## [1] "+proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs"
kde2d <- bkde2D(Centrales_energia@coords,
              bandwidth=c(.00225, .00225))
CL <- contourLines(kde2d$x1 , kde2d$x2 , kde2d$fhat)

LEVS <- as.factor(sapply(CL, `[[`, "level"))
NLEV <- length(levels(LEVS))

pgons <- lapply(1:length(CL), function(i)
  Polygons(list(Polygon(cbind(CL[[i]]$x, CL[[i]]$y))), ID=i))
spgons <- SpatialPolygons(pgons)

leaflet(spgons) %>% addTiles() %>% 
  addPolygons(color = heat.colors(NLEV, NULL)[LEVS])

Como podemos observar en este gráfico, la mayor cantidad de plantas fotovoltaicas se encuentran desde Iquique a santiago generalmente en la mitad (mitad entre mar y cordillera).

Podemos deducir que estas plantas no se encuentran en la costa ya que la baguada costera influye enormemente en la energía solar percibida por estas centrales. Además, la zona norte de Chile posee la mayor incidencia solar del mundo, principalmente en el desierto de Atacama y zonas próximas.

Generación de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos, captan la energía luminosa del sol para transformarla en energía eléctrica. Para conseguir la transformación se emplean células fotovoltaicas fabricadas con materiales semiconductores.(Fuente: WEC, World Energy Resources - Solar, 2016)

Combinando ambos mapas

Termoel<-data.frame(Termoelectricas_carbon)

leaflet(spgons) %>% addTiles() %>% 
  addPolygons(color = heat.colors(NLEV, NULL)[LEVS])%>%
  addMarkers(lng = Termoelectricas_carbon$coords.x1,lat = Termoelectricas_carbon$coords.x2)

Dada la ubicación estrategica que deben poseer las central termolectricas, estan se encuentran ubicadas en la costa del país. Por lo que se hace dificil reemplazar una central termoelectrica por una fotovoltaica, ya que la central fotovoltaica necesita de un lugar extenso y con radiación solar directa. Sin embargo, segun podemos observar en el mapa, las centrales termoelectricas que se encuentran ubicadas entre Arica y Antofagasta, son las que poseen mayor probabilidad de ser reemplazadas por una fotovoltaica, dada las caracteristicas de la zona norte del país, ya que a estar mas cerca del desierto de Atacama, la radiación solar sera mayor en esta zona mas que en cualquier otra del país.