Redes Inteligentes (SmartGrids): Hacia un Sistema de Energía

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1 Redes Inteligentes (SmartGrids): Hacia un Sistema de Energía Sustentable Sebastián Ríos M. 11 Agosto de 2011 Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 1

2 AGENDA REDES INTELIGENTES (RI) CONTEXTO INTERNACIONAL Y NACIONAL QUÉ SE ENTIENDE POR --RED INTELIGENTE-- CONCEPTO DE MICRORRED INTELIGENTE PROYECTOS INTERNACIONALES TRANSFORMACIÓN DE UNA RED ELÉCTRICA CONVENCIONAL A RI PORQUÉ SE REQUIEREN LAS RI PRINCIPALES FACTORES PLAN DE IMPLEMENTACIÓN DE UNA RI ARQUITECTURA DE UNA RI UN EJEMPLO DE ORGANIZACIÓN DEL MODELO DE NEGOCIOS PRINCIPALES BENEFICIOS TÉCNICOS, ECONÓMICOS POTENCIAL DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA (GD) PARA MEJORAR LA CONFIABILIDAD TIPOS DE GD COSTOS DE TECNOLOGÍAS EJEMPLOS DE CONSUMOS INTELIGENTES EN EL HOGAR, INDUSTRIA COMENTARIO FINAL Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 2

3 SituationActual: Consumo de Energía se estima que se triplicará en el 2050 Cambio desde una economía basada en petróleo a una economía basada en electricidad World oil prices in three Oil Price cases, World marketed energy consumption in three Oil Price cases, USD/bl History 2007 dollars per barrel Projections High Oil Price $210 quadrillion Btu High Oil Price 150 Reference $ Low Oil Price $ Source: EIA, Annual Energy Outlook 2010, DOE/EIA- 0383(2010) Source:, International Energy Statistics database (as of (Washington, DC, April 2010) November 2009), World Energy Projection System Plus (2010). Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 3

4 Situación Actual-Chile 2008 Chile 2008 Electricity Unit: GWh Production from: - coal oil gas biomass waste 0 - nuclear 0 - hydro* geothermal 0 - solar PV 0 - solar thermal 0 - wind 38 - tide 0 - other sources 0 Total Production Imports 1154 Exports 0 Domestic Supply Statistical Differences -1 Transformation** 0 Electricity Plants 0 Heat Plants*** 0 Energy Industry Own Use**** 2268 Losses 5081 Final Consumption Industry Transport 426 Residential 8749 Commercial and Public Services 7636 Agriculture / Forestry 0 Fishing 188 Other Non-Specified 0 * Includes production from pumped storage plants. ** Transformation includes electricity used by heat pumps and electricity used by electric boilers. *** Heat shown in this row represents waste heat bought from other industries that is generated from combustible fuels. **** Energy industry own use also includes own use by plant and electricity used for pumped storage. Source: Intenational Energy Agency Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 4

5 Situación Actual-Chile 60 % de la Generación Eléctrica está basada en combustibles fósiles importados (principalmente Gas Natural y Carbón) y 40% en Generación Hidráulica. Enlospróximos10añosseesperauncrecimientoannualde6a8%enconsumo de electricidad. Lo anterior corresponde a un crecimiento annual en capacidad delordende500mw. Además del potencial de expansión en Centrales Hidráulicas, se dispone de gran potencial en ERNC, el cual está recién explotándose. Restricciones del Gas Natural proveniente de Argentina (2004), junto con el constante aumento de los precios de energía y del consumo de energía constituyen la fuente de discusión entre autoridades y público debido a la incidencia en la SEGURIDAD del suministro de energía y la SUSTENTABILIDAD del sector Energía. Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 5

6 QUÉ ES UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE (RI) (SMART GRID) O MICRORRED ELÉCTRICA INTELIGENTE(μRI)? (1/2) Diversas definiciones: 1. RI es una RESPUESTA necesaria a las DEMANDAS sociales, políticas, ambientales, realizadas a los SISTEMAS DE ENERGÍA 2. RI es un SISTEMA de SISTEMAS. RI es una plataforma que permite el funcionamiento de diferentes tecnologías y sistemas. Puede ser vista como una infraestructura mejorada del suministro de electricidad. 3. RI es una red eléctrica que puede integrar inteligentemente las acciones de cada todos los usuarios conectados a ella: Generadores, Consumidores y Prosumidores, de manera de entregar eficientemente un suministro de electricidad Sustentable, Económico y Seguro. 4. RI es un Sistema de Potencia que contiene múltiples sistemas de T&D, automatizados, y todos ellos operando en una forma COORDINADA, EFICIENTE y CONFIABLE 5. RI es un Sistema de Potencia que sirve amillones de Clientes ytiene una INFRAESTRUCTURA DE COMUNICACIONES INTELIGENTE que permite el FLUJO DE INFORMACIÓN OPORTUNO, SEGURO y ADAPTABLE según lo requerido para suministrar potencia a una ECONOMÍA DIGITAL que está EVOLUCIONANDO. 6. RI es un Sistema de Potencia que puede manejar condiciones de emergencia, con acciones de auto-sanación respondiendo así a las exigencias del mercado eléctrico y las necesidades de las empresas eléctricas. 7. RI es una amplia colección de tecnologías que entrega una red eléctrica que es FLEXIBLE, ACCESIBLE, CONFIABLE y ECONÓMICA. LA RI facilita las acciones deseadas de sus USUARIOS, las que pueden incluir GENERACIÓN DISTRIBUIDA, la instalación de SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA y DE GESTIÓN DE LA DEMANDA o la EXPANSIÖN ÓPTIMA y ADMINISTRACIÓN de los activos de la red. Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 6

7 QUÉ ES UNA RED ELÉCTRICA INTELIGENTE (RI) (SMART GRID) O MICRORRED ELÉCTRICA INTELIGENTE(μRI)? (2/2) 8. Desde el punto de vista del hardware o fierros : es una red eléctrica convencional PERO que utiliza en forma masiva: Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC) tanto alámbricas como inalámbricas(comunicaciones BI-DIRECCIONALES) Tecnologías de Control Automático (uso intensivo de Sensores y Actuadores) y de equipos de control de variables eléctricas fundamentales: SVC, STATCOM, TCSC, etc. Tecnologías de Generación tanto convencionales como a base de Energías Renovables No Convencionales(ERNC), Tecnologías de Almacenamiento de Energía(Baterías Avanzadas, BESS) 9. Desdeelpuntodevistadesuoperación: Es una red eléctrica que puede integrar de una forma: segura, confiable, económica y eficiente u óptima la operación con una alta Calidad de Servicio Eléctrico y Resiliencia de cada uno de sus actores principales: Empresas de Generación, Transporte, Distribución y Usuarios Finales. 10. Desde el punto de vista de la sustentabilidad ambiental Es una red eléctrica que permite su expansión de la forma más armónica y amigable con el Medio Ambiente y las exigencias de Cambio Climático que afectan a todas las actividades de la Sociedad. Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 7

8 EJEMPLO DE UNA RED INTELIGENTE (RI) (SmartGrid) Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 8

9 Contexto de Redes Inteligentes y su Inserción en un PLANETA INTELIGENTE Ciudad Inteligente (SmartCity) como una parte de un PLANETA INTELIGENTE constituido por a lo menos-: Red Inteligente de Electricidad Red Inteligente de Gas Red Inteligente de Agua Otras redes a futuro Medidores Inteligentes: E-G-A Integración de medidores E-G-A Tecnologías de la Información para manejar miles de datos y miles de puntos de medición: Cálculo de tendencias Optimización Toma de decisiones inteligentes (e.g.basadas en datos duros Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 9

10 CONCEPTODEMICRORRED DEFINICIÓN Una micro red corresponde a una parte ACTIVA del sistema eléctrico, la cual incluye una o más unidades de Generación Distribuida y eventualmente Sistemas de Almacenamiento de Energía (e.g.apoyo a ERNC) junto con consumos, que pueden permanecer operando después de una desconexión desde la red principal Diagrama unilineal simple Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 10

11 Modos de Operación de la Microrred Modo Operación en Paralelo Modo de Operación en Isla Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 11

12 EJEMPLO DE MICRORRED INTELIGENTE Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 12

13 PROYECTOS INTERNACIONALES DE REDES INTELIGENTES En Europa: 7 países: Reino Unido, Portugal, España, Holanda, Francia, Alemania y Grecia 14 entidades participando En APEC : 16 países Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 13

14 TRANSFORMACIÓN DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS ACTUALES A RI (1/2) RED ACTUAL (T/D) RED INTELIGENTE (T/D) Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 14

15 TRANSFORMACIÓN DE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS ACTUALES A RI (2/2) Red actual (D/T) Red Inteligente (D/T) Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 15

16 PORQUÉ SE REQUIEREN LAS REDES INTELIGENTES CRECIMIENTO DE LA DEMANDA Y NUEVOS DESAFÍOS TECNOLÓGICOS Aumento sostenido de la Demanda Eléctrica a nivel nacional e internacional Incorporación masiva--en el mediano plazo-- del Automóvil Eléctrico y de la Generación Distribuida a base de ERNC (e.g. paneles fotovoltaicos) exige diseñar nuevas redes eléctricasdemtybt El Usuario Final pasa a ser un SUJETO ACTIVO y PARTICIPE del NEGOCIO ELÉCTRICO NECESIDAD DE RENOVACIÓN DE LOS SISTEMA ELÉCTRICOS Estamos en el inicio de la era digital economía digital- y actualmente nuestras redes eléctricas responden a las necesidades y diseño establecidos con tecnologías principalmente electromecánicas de los años 60 y 70. NUEVA INFRAESTRUCTURA COMPUTACIONAL PARA OPERAR LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS Se requiere una red de información interoperable donde se pueda compartir información, potencia a través de redes de transmisión y subtransmisión coordinadas y recursos energéticos de producción y de demanda, entre diversos Centros de Control. Por ejemplo, la futura Interconexión SING-SIC Se requiere rescatar y dar la relevancia que tiene la eficiencia energética en la INDUSTRIA(mejorando su competitividad) y en los USUARIOS FINALES Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 16

17 PRINCIPALES FACTORES PARA IMPULSAR EL DESARROLLO DE LAS REDES INTELIGENTES (1/2) Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 17

18 PRINCIPALES FACTORES PARA IMPULSAR EL DESARROLLO DE LAS REDES INTELIGENTES (2/2) Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 18

19 PLAN DE IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED INTELIGENTE Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 19

20 ARQUITECTURA DE UNA RI Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 20

21 UN EJEMPLO DE ORGANIZACIÓN DEL MODELO DE NEGOCIO Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 21

22 Principales Beneficios Técnicos, Económicos y Medioambientales de las RI o μri Mejoramientode la EficienciaEnergéticaen todos los ámbitos Minimizacióndel consumode energíaen general Mejoramiento del impacto ambiental Mejoramiento de la Confiabilidad y Resiliencia del sistema de energía Permite desarrollar estrategias de reemplazo de la infraestructura eléctrica que sean Costoefectivas Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 22

23 Potencial de la Generación Distribuida para Mejorar la Confiabilidad de Suministro G G G G G G Central generation Voltage level DG - Medium scale DG DG DG Small-scale DG Security of supply Security of supply Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 23

24 TIPOS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 24

25 TECNOLOGÍAS DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 25

26 Tecnologías de Almacenamiento Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 26

27 EJEMPLOS DE HOGARES CON CONSUMOS INTELIGENTES Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 27

28 ELEMENTOS DE COMPUTACIÓN DISTRIBUIDA Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 28

29 SIATEMAS DE COMUNICACIONES Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 29

30 IMPLEMENTACIÓN DE POLÍTICAS DE SEGURIDAD Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 30

31 Sistemas de información de energía en el hogar Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 31

32 Identificación de Consumos del Hogar Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 32

33 Sistema de Información en Edificios -Industria Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 33

34 Programa de Desprendimiento de Consumos en Horas Peak Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 34

35 Registros estadísticos por equipos Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 35

36 Registro estadístico de desempeño en el Control de Consumos Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 36

37 Evidencia temporal de operación de control de consumos Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 37

38 Comentario final No cabe duda que la RED INTELIGENTE y las MICRORREDES INTELIGENTES constituyen el marco natural en el cual se puede desarrollar un SISTEMA DE ENERGÍA SUSTENTABLE que aporta beneficios a todos los USUARIOS y EMPRESAS ELÉCTRICAS participantes. Ju-11-Ago-2011 Presentación: Sebastián Ríos M. 38