Generación localizada como apoyo a la expansión de la transmisión y la confiabilidad del suministro

Transcripción

1 Generación localizada como apoyo a la expansión de la transmisión y la confiabilidad del suministro Camilo Táutiva Mancera, Antonio Jiménez Rivera Unidad de Planeación Minero Energética 1era jornada de distribución CNO CNO Bogotá, 23 de julio de 2013

2 Agenda Marco referencial Generación distribuida (GD) Micro-redes (μr) Redes inteligentes (RI) Retos del planeamiento Generación localizada - Ejemplo práctico: Área Oriental Estrategias para la implementación de GD, μr y RI y ajustes regulatorios

3 Agenda Marco referencial Generación distribuida Micro-redes Redes inteligentes Retos del planeamiento Generación localizada - Ejemplo práctico: Área Oriental Estrategias para la implementación de GD, μr y RI y ajustes regulatorios

4 Definición de generación distribuida (GD) La GD es la generación conectada a un Sistema de Distribución Local (SDL), que no tiene acceso directo a la red de transmisión, no es despachada centralmente y cumple con los requerimientos de conexión 1. 1 Proyecto SILICE, Colciencias Codensa Emgesa Uniandes Unal UIS. PCH Santa Ana EAAB, 12 MW, Nororiente de Bogotá. Tomado de: (USA) ~15kW Tomado de: (Bolivia) ~6.2MW Tomado de: (USA) Tomado de: (USA) Tomado de: (Ecuador) Tomado de: (Alemania)

5 Ventajas y desventajas (retos) de la GD 3 Ventajas Reducción de pérdidas en las redes de transmisión y distribución. Incremento en confiabilidad y calidad del servicio si se cumplen las reglamentaciones. Mayor control de energía reactiva y regulación de voltaje. Retraso de inversiones en redes de transmisión y subtransmisión. Mejor adaptación a las variaciones de demanda. Aumento de la competencia y disminución del poder de mercado. Mayor flexibilidad al disminuir la dependencia del sistema centralizado. Uso eficiente de la energía e incorporación de fuentes más limpias. Desventajas Requerimiento de nuevos esquemas para la operación y el mantenimiento de este tipo de sistemas. Mayores costos de inversión, especialmente para algunas tecnologías renovables. Cargos de conexión que deben pagar los productores. Mayor descentralización que puede dificultar la garantía de seguridad del sistema e incluso incrementar los costos de operación. Contaminación auditiva y ambiental cerca de los consumidores, en algunos casos. Mayor incertidumbre en el pronostico de la generación distribuida (fuentes intermitentes). 3 Pepermans et al. (2005). Distributed generation: definition, benefits and issues. Energy Policy 33 pp

6 Articulación de la GD con el SIN El éxito de la GD depende del marco regulatorio que la acompañe. Esto ha dado lugar a considerar: Corto plazo La posibilidad de permitir la entrega de excedentes por parte de auto-generadores, con reglas y límites definidos, y la flexibilización de requisitos para los cogeneradores. En el mediano y largo plazo: La creación de un ente que permita supervisar (técnicamente y de cerca) la operación de los GDs. Que el mismo ente agregue los GDs y facilite su participación en el mercado eléctrico (reducir incertidumbre asociada al pronostico de generación, varias fuentes intermitentes), y finalmente, Que agregue GDs y grupos de consumidores definiendo pequeños mercados que faciliten el balanceo entre oferta y demanda. Microredes (μr)

7 Agenda Marco referencial Generación distribuida Micro-redes Redes inteligentes Retosdel planeamiento Generación localizada - Ejemplo práctico: Área Oriental Estrategias para la implementación de GD, μr y RI y ajustes regulatorios

8 Definición de microredes4 (μr) Conjunto de recursos de energía distribuidos (DER 5 ) que operan cooperativamente para proveer energía de forma confiable, económica, posiblemente eficiente y amigable en términos ambientales. Tomado de: Puede operar de forma interconectada o aislada (de la macro red - SIN). Está conectada a SDLs en BT o MT. Aplica para instalaciones residenciales, comerciales e industriales. Incluye fuentes convencionales y renovables. Sería un esquema deseable para las ZNI. 4 Adaptado de E. Perea, et al (2008) y A.D. Hawkes, M.A. Leach (2009). 5 Decentralized Energy Resource (DER), se define como cualquier recurso local asociado al sistema energético, incluyendo generadores, dispositivos de almacenamiento y cargas.

9 Ventajas y desventajas (retos) de las μrs6 Ventajas Incremento de la confiabilidad para los participantes de la μr. Mejoras a la confiabilidad de la macro red. Aplazamiento de inversión en infraestructura de redes. Sirve de respaldo al exceso de capacidad del sistema (capacity adequacy). Según la tecnología utilizada puede ser amigable en términos ambientales Desventajas Es necesario crear un marco legal/regulatorio que regule de forma apropiada las μrs. Posible incremento en costos de operación de las redes de distribución asociadas a la μr. Se requieren nuevos y mas complejos esquemas de control, comunicaciones, monitoreo, y protecciones para las μrs. Limitadas a localizaciones remotas donde la electrificación convencional no es posible. 6 Costa, P.M. et al. (2008). Regulation of microgeneration and microgrids. Energy Policy 36 pp

10 Comentarios sobre GD y μr Agentes involucrados: Operador del sistema Generadores Administrador del mercado Agentes Privados (industria) Comercializador OR Usuarios

11 Comentarios sobre GD y μr Temas de discusión a nivel de planeamiento: Qué nivel de penetración podría alcanzar la GD? Quién debería invertir en GDs/ μrs? Cuál sería el tamaño adecuado de las μrs? Qué determinaría la localización óptima? ( precios nodales?) Qué impacto tendría la penetración de la GD y las μrs en el pronóstico de la generación/demanda? Quién debería representar a nivel técnico y comercial las μrs? Quién debería operar las μrs?

13 Redes inteligentes (RI) Una red inteligente es un sistema de aplicaciones de información y comunicaciones integradas con la generación, transmisión, distribución, y las tecnologías de uso final de energía eléctrica que: 7 1. Promueve la elección por parte de los clientes Permite a los consumidores administrar su uso de la energía y elegir las ofertas económicamente más eficientes. 2. Mejora la confiabilidad Utiliza automatización y tecnologías alternativas para mantener la confiabilidad del suministro y la estabilidad del sistema. 3. Integra energías renovables Integra renovables, almacenamiento y diferentes alternativas de generación. 7 Adaptado de: NARUC Webinar (2010). Dynamic prices in a smart grid world. Tomado de: Electric Power Research Institute, EPRI, 2009.

14 Características de las RI8 participación activa de los consumidores integra opciones de generación y almacenamiento locales nuevos productos, servicios y mercados calidad de potencia optimización del sistema de potencia y operación eficiente anticipación y respuesta ante perturbaciones en el sistema operación flexible contra ataques o desastres naturales 8 EPRI, report to NIST, 2009

16 Retos de planeamiento (convencional) Ubicar recursos de manera eficiente: capacidad adecuada de subestaciones y alimentadores para cubrir la demanda 10. Problema combinatorio, no lineal y no convexo. Restricciones: Demanda. Ecuaciones de flujo de carga. Perfiles de voltaje. Límite de los equipos. Niveles de confiabilidad. Tomado de automation.siemens.com Funciones objetivo: Minimización de costos (inversión y operación). Minimización de pérdidas. Bajo condiciones normales y para emergencias. Variables: discretas y enteras. 10 See S. Kathor, L. Leung Power Distribution Planning: A Review of Models and Issues. IEEE Transactions on Power Systems. Vol. 12, No. 3.

17 Retos de planeamiento (convencional) Ubicar recursos de manera eficiente: capacidad adecuada de subestaciones y alimentadores para cubrir la demanda 10. Programación matemática clásica: Optimización (Lineal). Programación entera (Mixta). Branch & bound. Optimización multi-objetivo. Meta-heurísticas: Algoritmos genéticos. Búsqueda tabú. Tomado de automation.siemens.com Inteligencia artificial y sistemas expertos. Muchos objetivos (no siempre conflictivos). Incertidumbres (crecimiento y ubicación de la demanda; fallas u ocurrencia de daños). Reglas de planeamiento urbano. 10 See S. Kathor, L. Leung Power Distribution Planning: A Review of Models and Issues. IEEE Transactions on Power Systems. Vol. 12, No. 3.

18 Retos de planeamiento con RI Diferentes perspectivas (desarrolladores de proyectos, empresa eléctrica, operador de red, consumidor, regulador, etc.) Diferentes objetivos, algunos conflictivos. Nuevas restricciones (ambientales, uso de la tierra, etc.). Formulación del problema completo. Mejorar los métodos tradicionales (incertidumbres, análisis de escenarios, fronteras de Pareto). Utilizar nuevas metodologías (diferentes agentes, respuesta dinámica, ). Internalización de externalidades. Consideración de manejo del riesgo. Tomado de:

19 Dilema Optimización / Modelamiento Tomado de: Alarcon, et al., Multi-objective planning of DER, renewable and sustainable energy reviews, 14, 2010

21 Ejemplo práctico: Área Oriental El área Oriental, esta conformada por las sub-áreas operativas Bogotá, Cundinamarca, Meta y Tolima. Cuenta con los siguientes recursos de generación: Hidráulicas: Térmicas: Guavio Termo-Zipaquirá Chivor La Guaca Miel El Paraíso Generación menor con las plantas de la cadena del río Bogotá (antigua Casalaco), cogeneración y autogeneración (industria, e.g. Acueducto de Bogotá). A nivel de transmisión esta interconectada con el resto del país a través de varios enlaces. Antioquia: Noroeste - Purnio - San Carlos 230 kv. Suroccidente: Dobles circuitos La Mesa Mirolindo 230kV y La Mesa San Felipe 230kV. Nordeste: Bacatá Primavera 500kV, doble circuito Chivor Sochagota 230kV. Las principales S/E del área son: Torca, Bacatá, Noroeste, Balsillas, La Guaca, San Mateo, Tunal, Circo, Guavio, Chivor, Reforma y Mirolindo.

22 Diagramas área oriental

23 Problemática corto y mediano plazo Problemática Plazo Descripción de las soluciones Bajas tensiones en el área Oriental ante la contingencia Primavera Bacatá 500 kv, siendo necesario disponer de unidades de generación para el soporte de potencia reactiva y control de tensiones Limite de importación al área, siendo necesario despachos mínimos en el área Oriental Corto Plazo Mediano Plazo Compensaciones estáticas (240 MVAr) Compensaciones dinámicas (240 MVAR en SVC en Tunal y 200 MVAr en STATCOM en Bacatá Nuevo punto de inyección a 500 kv Línea Sogamoso Norte Nueva Esperanza Mediano Plazo Nuevo punto de inyección a 500 kv Línea Virginia -Nueva Esperanza

24 Soluciones a la problemática de corto y mediano plazo 1 REFUERZO ORIENTAL Fecha Entrada: 30/Sep/2017 COMP. DINAMICA ORIENTAL Fecha Entrada: 30/Sep/ REFUERZO ORIENTAL Fecha Entrada: 30/Sep/2020

25 Problemática en el largo plazo Problemática Solución Nuevos puntos de inyección?? Limitaciones de conectividad para importación de potencia al área oriental. Generación localizada, generaciòn distribuida Otras alternativas de planeamiento complementarias (gestión de demanda, etc.)

26 Dificultades en el largo plazo Limitación de la conectividad del área, por crecimiento de demanda Puede estresar el sistema, llevándolo a una condición critica Restricciones ambientales y sociales Generación insuficiente en el área Solución Atraso de proyectos Generación Localizada

27 Aspectos relevantes para ubicación de la generación Identificación centro de carga Caso ejemplo Caso estudio, se identificó que existe un centro de carga en el área norte de Bogotá.

28 Impacto de generación Localizada área Oriental caso ejemplo Verificación de recursos en la zona - Carbón Capacidades posibles Ubicación lugar optimo Impacto en el sistema

29 Impacto de generación localizada área oriental Disponibilidad del recurso y capacidades posibles caso ejemplo Departamento Cundinamarca Boyacá Santander Norte de Santander Capacidad de generación 320 MW 500 MW 70 MW 50 MW La minería en Cundinamarca al igual que en Boyacá está pasando de ser poco tecnificada y de subsistencia a una Minería más técnica y sostenible. Nota: La UPME no propone la instalación de ninguna planta, este es un ejercicio inicial

30 Impacto de generación localizada área oriental Ubicación lugar óptimo caso ejemplo Identificación de las zonas con alta demanda de potencia industrial (Centros de carga) Elaboración del listado de subestaciones eléctricas cercanas a los centros de carga Limitantes técnicos (ubicación actual de generación y/o compensaciones) Determinación de la conectividad de dichas subestaciones Construcción de la matriz de longitudes de los circuitos de conexión Restricciones Interconectividad de la subestación candidata Longitudes de los circuitos que interconectan a la subestación candidata Organización de las subestaciones según su nivel de interconectividad y de acuerdo a la longitud de los circuitos

31 Impacto de generación localizada área oriental Ubicación lugar óptimocaso ejemplo Concentración de la demanda industrial Posibles ubicaciones

32 Impacto de generación localizada área oriental Impacto en el sistema caso ejemplo Mejora en los perfiles de tensión Tensiones en condición normal de operación sin proyecto Tensiones en condición normal de operación con proyecto Disminución de carga en TRF de conexión

33 Impacto de generación localizada área oriental caso ejemplo Potencializarían nueva industria en la zona Mejora condiciones de seguridad en el área (recursos diferente al hidráulico) Disminución de perdidas por menor transporte de potencia por líneas Mejora perfiles de tensión Aumento de máquinas equivalentes en el área (1 o 2) Impacto Desplazamiento de obras de expansión

34 Potencialidades de otras alternativas(autogeneración y cogeneración) SECTOR INDUSTRIAL AL QUE PERTENECE FABRICACIÓN DE OTROS PRODUCTOS MINERALES NO BOGOTÁ 7 METÁLICOS ALIMENTOS CUNDINAMARCA 6,25 FABRICACIÓN DE PAPEL, CARTÓN Y PRODUCTOS DE PAPEL Y CARTÓN UBICACIÓN POTENCIAL (MW) CUNDINAMARCA 3,3 OTROS (Comericial) CUNDINAMARCA 1,675 SERVICIOS CUNDINAMARCA 21,3 TOTAL ~40 MW

35 Potencialidades de otras alternativas(ejm. PCHs) Circuito Longitud [km] Longitud Longitud Adicional [km] Total [km] Carga [A] Nodos Sotileza Diamante Diamante TVCable Cerezos Cerezos Tomado de: Estudios de conexión EAAB Codensa Universidad de los Andes, 2012

36 Ejemplo: PCH Suba EAAB Formulación del problema: Resultados obtenidos: Mejora los perfiles de tensión. Reduce cargabilidades en los transformadores de conexión. Reducción de perdidas (Aseguradas dentro de la función objetivo de las ecuaciones de optimización). Tomado de: Estudios de conexión EAAB Codensa Universidad de los Andes, 2012

38 Estrategias para la incorporación de GD, μr y RI 1. Facilitar la entrada de nuevos generadores, que cumplan con los requisitos de conexión, con posibilidades de ventas a la red: Industriales (cogeneración y autogeneración). Comerciales y residenciales (e.g. instalaciones solares). 2. Implementación de GD y/o µr en parques industriales. 3. Instalación de GD y/o µr en zonas rurales con difíciles condiciones de operación y en ZNI. 4. Participación de desarrolladores que agreguen proyectos de GD. 5. Participación del operador de red en el desarrollo de GD y µr para reducir pérdidas, mejorar voltajes, etc.

39 Estrategias para la incorporación de GD, µr y RI 6. Rediseñar las empresas de distribución / comercialización: Evolucionar de empresas pasivas a proactivas; proveedoras de: Transporte con estándares de calidad Nuevos esquemas tarifarios Respaldo Conectividad Interacción con usuarios: monitoreo, control e información. Administrar activamente las redes. Generación de mercados para servicios adicionales. 7. Experimentar con soluciones innovadoras.

40 Ajustes regulatorios Definir la GD. Invocando el principio de adaptabilidad, se podría adoptar: 1. Una definición propia, como actividad diferente a la de generación y de distribución. 2. Una definición de redes de distribución que incorpore como uno de los equipos asociados a ella, centrales generadoras distribuidas. Se debería entonces fijar reglas de precios y tarifas distintas, siempre que los principios fundamentales de eficiencia, suficiencia financiera y neutralidad se mantengan. el principio de adaptabilidad conduce a la incorporación de los avances de la ciencia y de la tecnología que aporten mayor calidad y eficiencia en la prestación del servicio al menor costo económico.

41 Ajustes regulatorios Medición neta como un servicio (el OR/Comercializador instalando medidores y prestando el servicio). Participación de la demanda mas allá de ser un actor pasivo Venta de excedentes a la red por parte de usuarios. Alcance de las generaciones menores. Introducción de generación como una alternativa en los planes de expansión de cobertura y a cargo de los OR. Generación localizada como apoyo a la expansión de la transmisión

42 Gracias! Información: