Simulación de decisiones de inversión en energía hidroeléctrica

Introducción

Este documento técnico explora las metodologías y herramientas utilizadas para simular las decisiones de inversión en energía hidroeléctrica y destaca cómo estas simulaciones de alta resolución pueden optimizar los resultados financieros y mejorar los procesos de toma de decisiones.

La inversión estratégica en energía hidroeléctrica desempeña un papel fundamental en la configuración del futuro de los sistemas de energía sostenibles. Ya sea que se desarrolle una nueva central hidroeléctrica (HPP) o se actualice una existente, las decisiones que se toman durante la fase de planificación tienen implicaciones a largo plazo para la viabilidad financiera, la eficiencia operativa y el impacto ambiental.

El desarrollo de una nueva HPP, desde el concepto inicial hasta la operación comercial, suele ser un esfuerzo a largo plazo, que a menudo abarca una década o más. Esto es especialmente cierto en el caso de los proyectos de mediana y gran escala, que deben superar complejos procesos de concesión de permisos, evaluaciones ambientales, negociaciones con las partes interesadas y planificación de la infraestructura. Cada fase exige una evaluación cuidadosa de la viabilidad técnica, las condiciones del mercado y los marcos regulatorios.

Para los activos hidroeléctricos existentes, los proyectos de renovación y modernización presentan un conjunto diferente de desafíos. Estas iniciativas deben tener en cuenta el rendimiento histórico del sitio, la infraestructura existente y las restricciones operativas. Además, cualquier inversión debe alinearse con las estrategias de producción y comercialización ya vigentes, garantizando que las actualizaciones mejoren, no interrumpan, las operaciones en curso.

En ambos contextos, el análisis de escenarios es muy solicitado, requiere mucho trabajo y tiempo, pero es cada vez más esencial. La simulación de decisiones de inversión (IDS) resuelve un desafío recurrente en este proceso: la utilización de modelos hidrológicos construidos manualmente en hojas de cálculo. Con IDS, los analistas ahora tienen acceso a una alternativa más rápida e interactiva que agrega datos por hora y simula escenarios operativos con gran precisión, lo que elimina la necesidad de construir sistemas hidrológicos completos en Excel o herramientas similares. Las herramientas digitales como HYDROGRID Insight proponen un enfoque transformador, que permite a las partes interesadas evaluar múltiples escenarios de forma rápida, interactiva y en profundidad.

El impacto

La simulación de decisiones de inversión en energía hidroeléctrica es un proceso analítico sofisticado que permite a los desarrolladores, operadores y consultores evaluar el impacto financiero y operativo de varias opciones estratégicas. En lugar de basarse en modelos estáticos o valores promediados, las simulaciones digitales integran datos del mundo real y técnicas de modelado avanzadas para respaldar la toma de decisiones más seguras y respaldadas por los datos y ayudar a pasar del análisis a la implementación.

En esencia, la metodología integra una amplia gama de variables, que incluyen:

• Datos de telemetría de los activos existentes;
• Registros históricos de entradas y datos del mercado eléctrico, de fuentes disponibles públicamente y registros internos;
• Limitaciones hidrológicas y operativas específico para cada sitio;
• Curvas de eficiencia de las configuraciones de hardware actuales y consideradas;
• Afluencia estacional desarrollo de tendencias, y
• Cálculos del valor del agua que reflejen el valor económico del agua almacenada o liberada en diferentes condiciones de mercado.

Estas entradas se procesan a través de la plataforma de HYDROGRID Insight, que se basa en una base sólida diseñada específicamente para las operaciones hidroeléctricas. El resultado de estas simulaciones de alta resolución es un conjunto de informes detallados e interactivos que cuantifican el retorno de la inversión (ROI) en múltiples escenarios climáticos y de mercado. Esto permite a las partes interesadas tomar decisiones informadas con confianza, pasando del análisis de viabilidad a la planificación de la implementación. Así es como los conjuntos de datos de IDS pueden añadir valor al análisis de inversiones:

Tecnologías implicadas

Modelado (gemelo digital) de topología y sistema de agua

La tecnología de gemelos digitales crea una réplica virtual de un activo hidroeléctrico, lo que permite a los desarrolladores y operadores simular el comportamiento en tiempo real en diversas condiciones técnicas y de mercado.

Esto incluye el modelado de diferentes diseños de plantas, configuraciones de turbinas y escenarios de inversión con una resolución por hora. Al reflejar las operaciones reales (incluida la variabilidad del flujo de entrada, las restricciones de despacho y la dinámica del mercado), los gemelos digitales permiten probar con precisión las opciones de actualización, las estrategias operativas y el rendimiento a largo plazo, todo antes de la implementación física.

Los proyectos totalmente nuevos se incorporan directamente a la plataforma, utilizando diferentes escenarios propuestos en los estudios de prefactibilidad y factibilidad.

Incorporación de restricciones estrictas y blandas, curvas de eficiencia y estimaciones del precio de la energía

Las operaciones hidroeléctricas se rigen por una combinación compleja de restricciones: algunas fijas, como los límites reglamentarios, y otras flexibles, como las estrategias de despacho impulsadas por el mercado.

Estas restricciones a menudo interactúan de manera que reducen el rango de condiciones operativas óptimas. Las herramientas de simulación ayudan a superar esta complejidad al incorporar restricciones estrictas y blandas, junto con curvas de eficiencia y estimaciones del precio de la energía, para identificar las estrategias operativas más eficaces.

Por ejemplo, los datos históricos de rendimiento se pueden comparar con los requisitos reglamentarios y los parámetros técnicos para evaluar el rendimiento de los diferentes escenarios de entrada y configuraciones de turbinas. Esto permite a los desarrolladores identificar el hardware y la configuración operativa más adecuados para un sitio determinado, lo que garantiza que las decisiones sean sólidas desde el punto de vista técnico y se optimicen desde el punto de vista económico.

Previsión avanzada de flujos de entrada basada en ML con datos históricos

Una de las características que definen a la energía hidroeléctrica es su dependencia del flujo de agua, que es inherentemente variable debido a las condiciones climáticas y los patrones estacionales. Esta variabilidad afecta directamente a la generación de energía y, en consecuencia, a los ingresos derivados de la venta de energía, especialmente en los proyectos fluviales, donde la capacidad de almacenamiento es limitada y las fluctuaciones de los flujos de entrada tienen un impacto operativo inmediato.

Al incorporar el desarrollo de las tendencias de los flujos de entrada estacionales, los datos hidrológicos históricos y las previsiones basadas en el aprendizaje automático, IDS permite a las partes interesadas modelar cómo los diferentes escenarios climáticos afectan al potencial de generación y a los ingresos.

Estas simulaciones producen informes detallados de ROI en una variedad de condiciones hidrológicas, lo que permite a los desarrolladores y operadores planificar las inversiones con mayor confianza y precisión.

El motor de simulación combina la previsión avanzada de flujos de entrada basada en el aprendizaje automático, el modelado de gemelos digitales y la capacidad de incorporar restricciones tanto estrictas como blandas para reflejar las realidades normativas, técnicas y ambientales. Modelado digital gemelo de las operaciones actuales y las opciones de inversión.

Aplicaciones en el desarrollo de nuevos proyectos

Pruebas de viabilidad y escenarios para proyectos totalmente nuevos

Durante los estudios de prefactibilidad y factibilidad, los desarrolladores deben tomar decisiones críticas de diseño e inversión en función de las condiciones específicas del sitio, como el agua disponible, la variabilidad estacional, las necesidades del mercado y la topografía. Estas decisiones, como determinar la capacidad de almacenamiento óptima o seleccionar el cabezal adecuado, influyen directamente en el diseño de la planta, la elección de las turbinas y el rendimiento a largo plazo.

En esta etapa, las herramientas de simulación de alta resolución brindan un valioso apoyo al permitir a los equipos probar múltiples configuraciones de diseño en escenarios realistas de entrada y mercado. En lugar de basarse únicamente en suposiciones estáticas, los desarrolladores pueden explorar cómo funcionan las diferentes configuraciones técnicas en diferentes condiciones, lo que ayuda a identificar los riesgos de forma temprana y a optimizar los parámetros clave. Esto conduce a una planificación más sólida de los proyectos y refuerza los argumentos a favor de la financiación y la implementación.

Un ejemplo reciente de este enfoque es el caso de Hyvity, que utilizó la simulación de decisiones de inversión para evaluar diferentes diseños de un proyecto de almacenamiento por bombeo de circuito cerrado ubicado en una región desértica. El contexto único del proyecto, que básicamente funcionaba como una batería a gran escala, exigía una cuidadosa consideración del tamaño de los embalses y la selección de los cabezales para adaptarlos a las limitaciones geológicas del sitio y a la dinámica del mercado.

Las simulaciones de Hyvity se centraron en optimizar la capacidad del sistema para almacenar el exceso de energía solar durante el día y liberarlo durante las horas de mayor demanda por la noche, capitalizando el diferencial de precios marcado por la alta cuota de mercado solar de la región. La modelización tuvo en cuenta la eficiencia del ciclo, garantizando que las pérdidas de energía derivadas del bombeo y la generación se compensaran con diferencias de precios suficientes.

Además, la simulación incorporó pérdidas por evaporación, un factor crítico dado el clima árido y las superficies de aguas abiertas. Al probar varios tamaños de depósitos y configuraciones de cabezales, Hyvity pudo identificar un diseño que maximizaba la rentabilidad y, al mismo tiempo, mantenía la resiliencia operativa. El resultado fue una estrategia de diseño respaldada por datos que alineó la viabilidad técnica con las oportunidades de mercado, lo que demostró cómo IDS puede convertir variables ambientales y económicas complejas en información práctica sobre inversiones.

Alineación y aprobación de las partes interesadas

La financiación de nuevos proyectos hidroeléctricos es intrínsecamente compleja debido a varias características específicas de la energía hidroeléctrica. Estas incluyen la variabilidad de la hidrología, la posibilidad de que se produzcan sobrecostos y retrasos durante la construcción, y la naturaleza a largo plazo de los beneficios, que a menudo abarcan décadas. Estos factores introducen una incertidumbre que puede hacer que los inversores y prestamistas sean cautelosos, especialmente en las primeras etapas de la planificación.

La simulación de decisiones de inversión (IDS) ofrece una forma poderosa de abordar estas preocupaciones al proporcionar una justificación transparente y basada en datos para la asignación de capital. Mediante la modelización de alta resolución de las entradas, los precios de mercado, las restricciones operativas y el rendimiento del hardware, IDS genera previsiones detalladas de la rentabilidad financiera en múltiples escenarios meteorológicos y de mercado. Esto permite a los desarrolladores presentar proyecciones de ROI cuantificadas y ajustadas al riesgo, con el objetivo de aumentar la confianza más de lo que podría hacerlo basándose en valores estáticos o promediados. A continuación se muestran solo tres ejemplos de cómo IDS puede aportar valor a los cálculos de evaluación financiera estándar del sector:

Aplicaciones en la optimización de proyectos existentes

Los activos hidroeléctricos que ya están en operación presentan oportunidades únicas para la optimización, la reinversión y la planificación estratégica. La simulación de decisiones de inversión (IDS) apoya estos esfuerzos al permitir realizar pruebas detalladas de escenarios para modernizar, renovar la licencia y valorar los activos, lo que ayuda a los operadores a descubrir el valor oculto y mejorar el rendimiento a largo plazo.

Actualizaciones y modernizaciones operativas

El desarrollador noruego de energía hidroeléctrica CADRE AS se asoció con HYDROGRID para evaluar la posibilidad de añadir una turbina adicional a un sistema existente utilizando el IDS de HYDROGRID Insight, en comparación con una simple actualización de la turbina de la configuración existente. El objetivo era evaluar el impacto financiero y operativo de la actualización basándose en datos operativos reales.

Cálculo de rendimiento inicial para CADRE

Con HYDROGRID Insight, CADRE pudo simular tres años de datos operativos en solo tres días. El equipo optó por modelar tres escenarios climáticos: un año seco, un año de afluencia promedio y un año particularmente húmedo. Esto se logró gracias a la tecnología gemela digital de la plataforma, que integra datos reales de entrada, previsiones de precios de mercado y restricciones operativas en un modelo interactivo de alta resolución. La simulación proporcionó una visión detallada y transparente del rendimiento del activo en varios escenarios.

Los tres escenarios climáticos se aplicaron a las actualizaciones de hardware consideradas y a la posibilidad de agregar una segunda turbina a la configuración existente. Los resultados fueron convincentes: el análisis proyectó un aumento del 14,5% en los ingresos anuales resultante de la adición de una turbina a la configuración existente. Esto permitió a CADRE tomar una decisión de inversión segura y respaldada por datos y cambiar su enfoque hacia la implementación.

Este caso ilustra cómo la simulación de decisiones de inversión puede ofrecer información rápida y profunda que evita los largos procesos de cálculo y el uso de promedios y estimaciones. En este caso, el uso de simulaciones aceleró considerablemente los plazos de los proyectos, lo que permitió a los desarrolladores actuar con claridad y precisión.

Panel de simulación: simulación de granularidad por hora

‍Simulación con el mejor rendimiento de una turbina adicional

Fusiones y adquisiciones y valoración de activos

En lugar de probar las configuraciones de hardware, las simulaciones de fusiones y adquisiciones se centran en la evaluación de las estrategias operativas, la variabilidad de los flujos de entrada y las fluctuaciones de los precios del mercado. Los enfoques tradicionales para evaluar los activos hidroeléctricos pueden llevar mucho tiempo y ser demasiado simplistas, ya que se basan en gran medida en promedios históricos y suposiciones estáticas. El IDS ofrece una alternativa más dinámica y transparente.

Una vez que se modela la topología original de la planta (incluidas las especificaciones técnicas, las restricciones operativas y los límites ambientales), IDS permite realizar simulaciones rápidas e interactivas de múltiples escenarios. Estas simulaciones están completamente documentadas y se pueden adaptar para reflejar un comportamiento realista de los envíos, las condiciones reglamentarias y la dinámica del mercado.

Este enfoque permite a los compradores ir más allá de los datos proporcionados por el vendedor y descubrir el verdadero valor de un activo en condiciones óptimas de operación. Al cuantificar el rendimiento en una variedad de condiciones, IDS ayuda a reducir el riesgo de adquisición, respaldar la diligencia debida y fortalecer las posiciones de negociación con información respaldada por datos.

Beneficios estratégicos y financieros

La simulación de decisiones de inversión (IDS) se ha convertido en una adición muy atractiva al proceso de documentación y análisis en una amplia gama de contextos de inversión en energía hidroeléctrica, ya sea un estudio de viabilidad para un proyecto totalmente nuevo, una iniciativa de modernización, una negociación de renovación de licencias o una evaluación de fusiones y adquisiciones (M&A). Su versatilidad radica en su capacidad para generar datos de alta resolución basados en escenarios que complementan y fortalecen las métricas financieras tradicionales, como FIRR, NPV y LCOE.

Una de las contribuciones más valiosas de IDS es su fina granularidad. En lugar de basarse en promedios anuales o suposiciones estáticas, IDS simula las operaciones por hora, los flujos de entrada y las condiciones del mercado. Este nivel de detalle permite a las partes interesadas comprobar el rendimiento de un proyecto en diferentes patrones climáticos, restricciones reglamentarias y fluctuaciones de los precios del mercado, lo que proporciona una imagen mucho más clara del riesgo y la oportunidad.

Al mejorar las estimaciones convencionales con simulaciones dinámicas y ricas en datos, IDS genera confianza en las decisiones de inversión. Ayuda a validar las suposiciones, descubrir los riesgos ocultos y demostrar la solidez de las perspectivas financieras de un proyecto. Para los inversores, los prestamistas y los reguladores, este nivel adicional de transparencia y precisión puede ser el factor decisivo para hacer avanzar un proyecto.

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Fuentes:

[1] Energía hidroeléctrica: una guía para desarrolladores e inversores, Banco Mundial

https://ppp.worldbank.org/public-private-partnership/sites/default/files/2021-10/Hydroelectric Power: una guía para desarrolladores y Investors.pdf

[2] Evaluación de modelos financieros: cómo crear y utilizar simulaciones y escenarios financieros, capital más rápido

https://fastercapital.com/content/Financial-Modeling-Assessment--How-to-Build-and-Use-Financial-Simulations-and-Scenarios.html