El Generador Virtual como Alternativa de Suministro Eléctrico

Transcripción

1 El como Alternativa de Suministro Eléctrico Conferencista NDLP-IEEE CE-FCFM, Centro de Energía FCFM, Universidad de Chile IEEE-PES Chile, Chilectra S.A: 10 de diciembre, Equipo de Desarrollo Dr. Rodrigo Palma B. Dr. Francisco Gracia Ing. Patricio Mendoza A. Ing. Claudio Vergara R. Dr. Guillermo Jiménez Ing. Eduardo Aranda Ing.Lorenzo Reyes (DIE, Universidad de Chile) (DIQ, Universidad de Chile) (DIE, Universidad de Chile) (Universidad de Chile) (CE-FCFM, Universidad de Chile) (Universidad de Chile) (Universidad de Chile) Centro de Energía Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile Departamento de Ingeniería Eléctrica OBJETIVO ᄚ Dar a conocerla iniciativa GeVi, propuesta basada en Generación Distribuida, como alternativa de Suministro Eléctrico. 2 1

2 Contenido Introducción / Motivación ᄚ Objetivos y Metodología Desafíos, Estado Actual Conclusiones 3 Introducción/Motivación Sector eléctrico Presidencia de la República Corte Suprema Consejo de Ministros Ministerio de de Energía Ministerio de Economía Conama Corema Comisión Nacional de Energía Superintendencia de Electricidad y Combustibles Tribunal de la Defensa de la Libre Competencia 4000 km Centros de Despacho Económico de Carga Generación Transmisión Panel de Expertos Distribución Clientes Libres Clientes Regulados ~12500 MW Sector Eléctrico Electricity Sector general física / institucional 4 2

3 Introducción/Motivación Apuesta Internacional Storage Household Industry Power Quality - Coexistencia con fuentes tradicionales. - Combinación de múltiples tecnologías (electricidad, calor, gas, vapor y aire comprimido). Metering - Desarrollo tecnología local. Solar Fuel Cell 110 kv 10/20 kv Storage - Necesidad de generación limpia y controlada. -Tecnologías de GD competitivas. 0,4 kv Wind Combined cycle plant - Tendencia redes inteligentes Ref: Handschin, UNIDO. Ref: KEMA Consulting. Introducción/Motivación Experiencias Internacionales Laboratorio ISET, STEAG Project, Encorp Virtual Power Plant, Virtual FC Power Plant, Fenix project (DER Unión Europea) Otros proyectos relacionados de la Unión Europea (CRISP, DISPOWER, MICROGRIDS, EUDEEP, DGFACTS), Virtual Power Plant NATCON7, Decentralized Energy Management System de SIEMENS. SmartGridCity (Boulder, Colorado), Xcelenergy. NTT research centre, Japan (control-communication) 6 Ref: FENIX, ISET 3

4 Introducción/Motivación Redes Inteligentes / Smartgrids Experiencias Internacionales Tecnología clave que permitiría el desarrollo de las energías renovables, la adopción de vehículos eléctricos y mejoras en la eficiencia energética. Red eléctrica transformada (en los niveles de transmisión y distribución) que utiliza sistemas de comunicación bidireccionales. Asimismo, el concepto se utiliza como sobrenombre para una amplia paleta de aplicaciones que potencian la capacidad de monitoreo y control de una red eléctrica. Ref: IBM Introducción/Motivación Redes Inteligentes / Smartgrids Experiencias Internacionales Atributos según Departamento de Energía de E.E.U.U. : Permite participación informada del cliente/consumidor, Considera todas las opciones de generación y almacenamiento, Habilita nuevos productos, servicios y mercados, Provee potencia de calidad para la economía digital, Optimiza las instalaciones y opera eficientemente, Se anticipa y responde ante perturbaciones en el sistema, Opera robustamente frente a ataques y desastres naturales. Ref: IBM 4

5 Introducción/Motivación Experiencias Internacionales Olympic Pennynsula Project Smart metering Control automático de demanda Smart Grid City Boulder Smart metering Alta penetración de GD Control de demanda participativo Model City Manheim Problema multirecurso (energía + agua + cargas térmicas + transporte) 9 Introducción/Motivación Oportunidades Energético/Recursos Situación actual en Chile: Generación distribuida, rareza, gran potencial no explotado!, posible respuesta a seguridad energética Energía renovable Mini- Hidráulico SIC Capacidad instalada [MW] Potencial [MW] Geotérmico Eólico Biomasa Solar Total Source: PREN, U. de Chile, U. Técnica Federico Santa María, 2008 Source: CNE 5

6 Introducción/Motivación Desarrollo nacional Definición en Chile, Ley Corta, Ley Renovables, DS 244 Introducción / Motivación Contenido ᄚ Objetivos y Metodología Desafíos, Estado Actual Conclusiones 12 6

7 Definición Definiciones GeVi: Grupo de generadores distribuidos (GD) operando bajo un esquema de coordinación común. GD: Generación de electricidad con unidades de pequeña escala ubicadas en la cercanía de los consumos. Ventajas Operación coordinada permite entregar funcionalidades adicionales. Alta diversidad de fuentes y soluciones tecnológicas. Generador Convencional Generador Eólico Cargas Paneles Solares Household Solar Fuel Cell Referencia Storage Generación Generación Manejo 110 kv Consumo 10/20 kv 0,4 kv Generación Industry Wind Power Quality Base Datos Metering Unidad Control Storage Monitoreo Combined cycle plant 13 GeVi en Redes de Distribución Sistema interconectado 14 7

8 GeVi en Redes de Distribución Acumulador es (baterías, embalses) Elementos de protección Generación distribuida (renovable, diesel) Tendido eléctrico corto (r x) Red de Dx Trafo Booster Trafobajada (tap) Consumo baja potencia (domicilio, industria) Equipo de compensación(l, C, P ) Estándares existentes Estándar IEEE

9 Contenido Introducción / Motivación ᄚ Objetivos y Metodología Desafíos, Estado Actual Conclusiones 17 - Tendencia mundial hacia redes inteligentes y generación distribuida como aporte a la generación de gran escala - Actualmente Chile depende en forma importante de otros países para su abastecimiento energético - En Chile existe una gran cantidad de recursos energéticos desaprovechados VPP - Los precios de los combustibles son elevados - Se está haciendo competitivo invertir en tecnología para fuentes de baja potencia en un contexto coordinado 18 9

10 Algunos servicios: Eólico Geotermia Operación en isla Gestión de Redes Exportador de Energía Hidráulica Modos de Operación: Solar Exportador Puro (Generador) Administrador de Redes (Distribuidora/Mineras) Auto-Sustentable (Consumidor Doméstico) Industrial (Empresas Privadas) Biomasa 10

11 OPERACIÓN DESCONEXIÓN RECONEXIÓN FALLA EN ISLA Sistema aislado / elec. rural Aislado vs Conectado Sistema conectado / GeVi - Entrega solución de servicio básico. - Posibilita operación de sistema híbrido - Mejoramiento de calidad de vida - Calidad de servicio media - Innovación media. - Obsolescencia - Cambio de paradigma en energización - Venta de energía al sistema. - Nuevas oportunidades de negocio - Calidad de servicio alta - Innovador a nivel internacional 11

12 Ejemplo de sistema híbrido aislado Aislado vs Conectado ~ = = ~ = ~ = ~ ~ = ~ = = ~ = ~ = ~ ~ = 12

13 Contenido Introducción / Motivación ᄚ Objetivos y Metodología Desafíos, Estado Actual Conclusiones 25 Objetivos Tecnología Contribuir con soluciones tecnológicas para alcanzar seguridad energética del país y mejorar el entorno. Alcanzar el desarrollo de un GeVi competitivo concepto general, servicios (mercado), esquema de control, plataforma de comunicación, interfaces, desarrollos tecológicos específico. Replicabilidad Aprovechar oportunidad para exportar idea y soluciones. Primer prototipo GeVi Que entre en operación en el país a comienzos del año 2010 de manera de validar los modelos y equipos desarrollados

14 Objetivos/Metodología Desarrollos por capas y estado de avance Objetivos/Metodología Desarrollos específicos 2. Desarrollo de controladores locales y accionamientos 3. Plataforma Monitoreo, control y comunicaciones 2.1 Control de grupos diesel 2.3 Control de central microhidráulica 2.5 Interfaz de control de demanda 2.2 Interfaz de control manual local 2.4 Inversor Controlable 2.6 Red de pruebas de laboratorio 3.1 Aplicaciones Optimizador Aplicación de configuración 3.1.3Partida en Negro Automática 3.2 Sistema Información y control de planta Base de datos / historizador Modelo de datos e información Librerías de conexión a BD 2.7 EDAC 2.8 Contactoresde accionamientos remotos Monitoreo Acceso a Internet 2.9 Interfaz de la microrred (static switch) 2.11 Pruebas en la red de laboratorio 2.10 Punto de medición local/remoto Transacciones con Adquisición datos externos Control manual remoto Administrador de contingencias Red de comunicaciones local 14

15 Objetivos/Metodología Datos Meteorológicos Optimizador AGC Optimizador AGC Variables manipuladas Variables medidas Historizador Objetivos / Metodología Prototipo 4 distintas tecnologías de generación, Al menos 10 unidades, Capacidad instalada total >= 100 kw, Capacidad de operación en isla (fallas), Capacidad de exportación de energía, Servicios complementarios (manejo de congestiones, regulación de tensión y factor de potencia, optimización de pérdidas óhmicas, corrección de desbalances), $/kw Estructura modular escalable. Hipótesis sobre costos de inversión en bajos niveles de potencia 30 kw 15

16 Contenido Introducción / Motivación ᄚ Objetivos y Metodología Desafíos, Estado Actual Conclusiones 31 Desafíos, Estado Actual Temas de desarrollo - Coordinación de protecciones. - Evaluación de servicios complementarios. - Optimización de la operación de un GeVi. - Sistemas de comunicaciones. Ref: PowerWor - Base de datos para el GV (centralizado/descentralizado, jerarquías). - Sistema de monitoreo/control remoto (hombre máquina, algoritmos adaptativos, seguridad, costos). - Interfaz Web para aplicaciones (monitoreo remoto por ej.). - Localización óptima de GeVi GeVi y VAD 16

17 Desafíos, Estado Actual Competitividad GeVi Servicios complejos innovadores Alta rentabilidad competitividad Mayor complejidad Inteligencia local requerimientos altos de comunicación Servicios básicos Ingresos esperados convencionales Baja complejidad Comunicación básica Estado Actual Desarrollos Completados Definición detallada del proyecto. Prototipo de central microhidráulica de 10 kva. Desarrollo de un convertidor DC/DC eficiente. Desarrollo de un compensador estático de reactivos de baja escala. Estudio de servicios de un GEVI en un mercado de tipo Pool. Experiencia de laboratorio de un GEVI monofásico/trifásico. Sistema de monitoreo remoto RF

18 Estado Actual Plan de Trabajo Creación de laboratorio de desarrollo Fin fase de diseño y plan de trabajo GEVI Pruebas de laboratorio Entrada en operación Comienzo de GEVI fase de Prueba en implementación terreno Hoy Partida GEVI diciembre enero 2008 junio 2010 Septiembre Contenido Introducción / Motivación ᄚ Objetivos y Metodología Desafíos, Estado Actual Conclusiones 36 18

19 Conclusiones - La oportunidad para el desarrollo de un GeVi existe hoy - Descripción genérica de servicios y modos de operación - Descripción de algunos desafíos y espacios de innovación. - Estado de avance - Plan de trabajo 37 19