Transmisión, Generación distribuida, Micro-redes

Transcripción

1 Transmisión, Generación distribuida, Micro-redes Presentación: - Prof. Rodrigo Palma Behnke - MSc. Carlos Suazo - MSc. Eduardo Pereira - MSc. Carlos Benavides - Ing. Lorenzo Reyes Centro de Energía Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile

2 OBJETIVO Visión sobre los desafíos que tenemos en el sector transmisión, generación distribuida y micro-redes. 2 diciembre de 2012

3 OBJETIVO Seguridad suministro Sustentabilidad Equidad Competitividad Qué camino tomar? Qué camino copiar?

4 OBJETIVO Desafío de suministro de energía para Chile Programas de eficiencia energética Industria Transporte Integración de alto potencial renovable basado en recursos energéticos distribuidos Soluciones de suministro tradicionales Combustibles fósiles Embalses Expansión de la Tx Energía no convencional de gran escala.

5 Contenido Sistemas de transmisión Generación distribuida / Micro-redes Conclusiones 5 diciembre de 2012

6 1. Sistemas de transmisión - definición La actividad de transmisión consiste en el transporte de la energía eléctrica desde los puntos de producción o de disponibilidad, hasta los puntos en donde esta energía es demandada. Infraestructura asociada a la construcción de líneas eléctricas y subestaciones de transformación o de maniobra, las que a su vez deben incorporar diferentes elementos de aislamiento, protección y estabilización para permitir la transmisión confiable de grandes potencias y en elevados niveles de tensión. La transmisión, presenta economías de escala y de densidad, por lo que se constituye como monopolio natural seg. regulado 6 Acceso abierto Facilitar competencia en generación diciembre de 2012 Ref: Min. Energía, LA REGULACIÓN DEL SEGMENTO TRANSMISIÓN EN CHILE

7 1. Sistemas de transmisión - diagnóstico Barrera para desarrollo de las ERNC y la competencia - Norma técnica de calidad y seguridad de servicio. - Iniciativa de carretera eléctrica. - Perfeccionamiento bases ETT: horizonte, incertidumbres, criterio. - Interconexión SIC-SING. - Interconexiones internacionales.

8 1. Sistemas de transmisión nivel de intervención capa física Aplicaciones AGC / RI SCADA SIC

9 1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Confiabilidad: Seguridad + Suficiencia Suficiencia: capacidad para abastecer la demanda eléctrica y energética tomando en cuenta salidas programadas y plausibles de elementos del sistema. Seguridad: habilidad para soportar contingencias tales como cortocircuitos y pérdida de elementos del sistema. Seguridad de suministro == Suficiencia Ref: The National Electricity Reliability Council oversees and coordinates reliability and security for the entire United States.

10 1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 N-1 es un caso particular del criterio N-k desarrollado en la década del 40. Establece que el sistema eléctrico es capaz de soportar la salida simultánea de k elementos de generación, red y/o demanda, sin violar los límites operacionales ni tampoco dejar de abastecer la demanda. Enfoques Básicos Estándar de diseño nfoque determinístico Compromisos de LP NO Probabilidad de ocurrencia conocida? Costo de falla conocido? Efectos cuantificables? SI Estándar operacional Enfoque probabilístico Análisis costo - beneficio

11 1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Ref: Main Transmission System Planning Guideline, Transpower, 2005 Annexe 1 to report of working group on specification and negotiation of network services, NECA País / Sistema Criterio de expansión utilizado Determinístico Probabilístico Alemania N-1 con N-2 en contingencias específicas Francia N-1 SI Holanda N-1 con N-2 en escenarios específicos Planificada / controlada Brasil N-1 Se incorpora planificación probabilística Japón N-1 red principal N-2 Tokyo Sólo para análisis de desprendimientos Canadá N-2 en red principal y grandes ciudades Se incorpora paulatinamente EEUU N-1 en general, N-2 excepcionalmente Escocia N-1 red principal N-2 Interc. N-2, 3horas En adopción Reino Unido N-2 en red principal y centros de carga Se incorpora paulatinamente India Malasia Israel N-1 para red principal 500 kv N-1 en general, N-2 excepcionalmente N-1 red principal, N-2 ciudades escenar. Australia, NECA N-1 Italia N-2 Nueva Zelanda N-1 Chile N, N-1* Costo esperado de falla de corto plazo

12 1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Ref: Transelec

13 Criterio N-1 Cómo se internaliza en proceso de planificación Estudio ETT cada cuatro años

14 1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Modelos de coordinación hidrotérmica: OSE, PLP, SDDP Estándar de diseño Límites de operación producto de análisis de seguridad. Probabilidad de ocurrencia conocida? Costo de falla conocido? Efectos cuantificables? Estándar operacional Refleja sobrecostos esperados por contingencias de baja probabilidad de ocurrencia NO SI Espacio de discusión

15 1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Modelos de coordinación hidrotérmica: OSE, PLP, SDDP Estándar de diseño Límites de operación producto de análisis de seguridad. Probabilidad de ocurrencia conocida? Costo de falla conocido? Efectos cuantificables? Estándar operacional Refleja sobrecostos esperados por contingencias de baja probabilidad de ocurrencia NO SI Espacio de discusión

16 1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica Sistema vigente de expansión de la Tx. Basado en un análisis caso a caso, para distintos escenarios de expansión de la generación resuelve en no 30 es d factible análisis de tipo estratégico. Horizonte de análisis de años privilegia inversiones eficientes en el corto plazo. Desacoplamiento entre la planificación territorial y del sector eléctrico impacto social / medioambiente resistencia pública proyectos Falta de participación judicialización Extensos períodos de aprobación. Capacidad Alt. 1 Alt. 2 Holgura de capacidad Cantidad demandada Tiempo

17 1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica

21 1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica Propuesta de Carretera corredores de interés público Temas sensibles Ambigüedaddiscrecionalidad en definición de las Holguras. resuelve en 30 d Favorecer a proyectos específicos que ya presentan costoefectividad. Selección de punto de interconexión al STT Problemas de coordinación con esquema actual de ETT.

22 1. Sistemas de transmisión - ERNC Eólico Solar Febrero 2011 Abril 2012

23 Motivación 1. Sistemas de transmisión - ERNC Fenómenos involucrados reservas Reference: ACERA Incertidumbres Variabilidad < 1 h Variabilidad > 1 h Reserva secundaria Reserva primaria Planificación operación Operación en tiempo real

24 . Sistemas de transmisión ERNC y sistemas de almacenamiento Alternativas en el caso del SING BESS, PSP Diseño de sistemas de almacenamiento de energía en base a baterías (BESS) Sistemas eléctricos de potencia (SEP) Vehículos eléctricos (EVs) Servicios complementarios Integración energías renovables Implementación de Redes Inteligentes EV Ref: Nas Batteries-

25 . Sistemas de transmisión ERNC y sistemas de almacenamiento Alternativas en el caso del SING BESS, PSP Ref: Nas Batteries-

26 . Sistemas de transmisión ERNC y sistemas de almacenamiento Alternativas en el caso del SING Sistema Solar con acumulación Ref: ANDASOL-UNO

27 . Sistemas de transmisión ERNC y reservas

28 1. Sistemas de transmisión - ERNC Operación Natural [MW] Esfuerzos por el lado de la demanda [MW] Esfuerzos por el lado de la demanda y almacenamiento ERNC [MW]

29 . Sistemas de transmisión Capacidad dinámica Ejemplo de Alemania Fuente: 50 Hertz, Alemania

30 . Sistemas de transmisión Capacidad dinámica

31 . Sistemas de transmisión Capacidad dinámica

32 I [A]. Sistemas de transmisión Capacidad dinámica IEEE IEC CIGRE' v [m/s] Ref: Durham University

33 . Sistemas de transmisión Cuál es el límite de penetración? Argumento Recurso renovable físicamente no alcanza Conclusión sólo complemento a la matriz < 20 % Qué es ERNC? Mapas potencial Maduración tecno. Variabilidad técnicamente no puede ser compensada, no existen tecnologías sólo complemento a la matriz < 20% Estrategias opera. Almacenamiento STx, Mix. tecnológico El problema es sólo económico Costos de respaldo es sin duda prohibitivo Costos de respaldo + costo de tecnologías ERNC alcanzan límites de competitividad incertidumbre asociada que debe ser evaluada. Embalses Acumuladores Unid. respaldo Los elementos anteriores tienen además una dimensión temporal en su aplicación.

35 2. Redes Inteligentes, GD Ambito Desafío de suministro de energía para Chile Programas de eficiencia energética Industria Transporte Integración de alto potencial renovable basado en recursos energéticos distribuidos Soluciones de suministro tradicionales Combustibles fósiles Embalses Expansión de la Tx Energía no convencional de gran escala.

36 Inserción masiva de energías renovables (PMU, AGC, DR) Generación distribuida Micro-redes Generadores virtuales Medidores inteligentes Casas/edificios inteligentes 2. Redes Inteligentes, GD El origen Avances en electrónica de potencia, informática, telecomunicacion es, sensores, actuadores. Aumento del nivel de requerimientos y complejidad de los SEP, ME Aumento de inserción de energías renovables intermitentes, generación distribuida, vehículos eléctricos.

37 2. Redes Inteligentes, GD Definición Redes Inteligentes / Smartgrids Tecnología clave que permitiría el desarrollo de las energías renovables, la adopción de vehículos eléctricos y mejoras en la eficiencia energética. (1) Red eléctrica transformada (en los niveles de transmisión y distribución) que utiliza sistemas de comunicación bidireccionales. (2) Sobrenombre para una amplia paleta de aplicaciones que potencian la capacidad de monitoreo y control de una red eléctrica. Ref: IBM

38 2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Eólico Geotermia Hidráulica Solar Biomasa 38

39 2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes 23 kw ~ = = ~ 100 kva Water tank 2 kw = ~ = ~ 3 kw 40 kw BESS ~ = 140 kwh

40 2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes

41 2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes

42 2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Electrificación de localidades remotas

43 2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Desarrollos técnicos 43

44

45 MICRORED DE HUATACONDO /

46 2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Micro-redes de emergencia - Vulnerabilidad del sistema eléctrico actual - Petróleo transportado desde el continente - Sistema eléctrico susceptible a desastres (incendios, aluviones, tsunamis, etc.) - Necesidad de seguridad de suminsitro a consumos críticos utilizando energéticos locales.

47 2. Redes inteligentes Generación distribuida Micro hidráulica Plug / Play

48 2. Redes inteligentes Domótica y vehículos eléctricos Ref: RWE, Alemania

49 2. Redes inteligentes Sustentabilidad de soluciones Alta vida útil de los equipos Bajos costos operacionales Bajos costos de mantenimiento Soluciones de ingeniería: Adquisición de equipos, diseño y construcción Control automático y monitoreo: SCADA Educación y capacitación: Programas de mantenimiento, capacitación, extensión Podemos asegurar sustentabilidad de largo plazo? 49

50 2. Redes inteligentes Sustentabilidad de soluciones Alta vida útil de los equipos Bajos costos operacionales Bajos costos de mantenimiento Soluciones de ingeniería: Adquisición de equipos, diseño y construcción Control automático y monitoreo: SCADA Educación y capacitación: Programas de mantenimiento, capacitación, extensión SOCIAL SCADA Participación de la comunidad es estimulada Operación adecuada / Procedimientos de mantención Bajos costos y vida útil esperada 50

52 Conclusiones Desafíos para un desarrollo del sector: Nuevos equipos Nuevas políticas operacionales Nuevas herramientas Nuevas requerimientos AGC FACTS Determinación de Reservas Pronóstico NT - Requerimientos Almacenamiento Programación operación Planificación territorial Capacidad dinámica de transmisión SSCC Interconexión Fiscalización Control de demanda Redes Inteligentes, micro-redes, generación distribuida

53 Solución local efectiva Innovación Tecnológica Nivel Conceptual Teórico Desarrollos Intermedios ~ = ~ ~

54 Transmisión, Generación distribuida, Micro-redes Presentación: - Prof. Rodrigo Palma Behnke - MSc. Carlos Suazo - MSc. Eduardo Pereira - MSc. Carlos Benavides - Ing. Lorenzo Reyes Centro de Energía Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile