Con el impulso de la energía

Transcripción

1 Con el impulso de la energía A ABB nunca le faltan soluciones para hacer funcionar y controlar la red Claus Vetter, Neela Mayur, Marina Öhrn Las redes eléctricas crecen en la misma medida en que lo hace la demanda mundial de energía. En las economías en crecimiento, como las de China e India, la necesidad de energía está presionando sobre la capacidad del sistema existente, mientras que en otras partes del mundo los esfuerzos reguladores en curso obligan a una reestructuración continua de las infraestructuras vitales. El mantenimiento de lo que sólo puede describirse como una infraestructura muy dinámica exige muchas operaciones complejas. Sin embargo, independientemente de la complejidad de estas tareas, el suministro fiable de energía debe ser siempre el objetivo principal de cualquier proveedor de soluciones de sistemas de energía eléctrica. Como proveedor número uno mundial en este campo, ABB lleva muchas generaciones ayudando a los clientes a gestionar sus redes y desempeñando un papel vital en la explotación de sistemas de energía. Las continuas mejoras e innovaciones han llevado al desarrollo de soluciones modernas y completas para controlar y explotar la red. Por ejemplo, la Plataforma Network Manager (Gestor de Redes) de ABB hace posible las soluciones SCADA (control de supervisión y adquisición de datos) tradicionales para la gestión de la generación y transmisión, funciones de gestión de la distribución y parada, así como sistemas de gestión comercial para la venta de energía. Por muy impresionantes que sean estas soluciones, una compañía no debe confiarse nunca. Un clima de mercado en transformación constante significa que ABB está continuamente ampliando o actualizando su ya extensa cartera de soluciones de explotación de energía. 39

2 Cada toma o enchufe de un hogar, industria o punto de consumo se conecta con una miríada de líneas y conexiones, que forman una red similar a las venas de un sistema cardiovascular. Las redes de distribución están continuamente cambiando de forma y dimensión cuando se incorporan consumidores, se conectan o desconectan aparatos o cuando partes del sistema se someten a reparación o mantenimiento. Construidas en estrella o en anillo, reticuladas o no reticuladas, como cables o líneas eléctricas aéreas, la red de distribución se conecta finalmente a subestaciones. En éstas, en el límite de los sistemas de transmisión o subtransmisión, la mayor parte de la energía se alimenta, convertida, regulada y controlada, a la red de distribución. La red de transmisión actúa como un sistema de arterias que suministra energía a todas las partes del sistema, y cualquier anomalía tendrá una amplia repercusión como, por ejemplo, que se apaguen milliones de luces, se colapse la infraestructura pública y se perjudique a las personas y la economía. Por lo tanto, un suministro fiable de energía debe ser siempre el objetivo principal de una compañía que proporcione soluciones para los sistemas eléctricos en todo el mundo. Soluciones para transmisión y distribución ABB ha estado durante muchas décadas en la vanguardia del desarrollo de sistemas, en especial de los de tecnologías de la información (TI) para transmisión y distribución de energía. Desde el desarrollo del primer sistema de control remoto de centrales eléctricas en la década de 1920 por parte de ASEA y BBC, la compañía ha recorrido un largo camino con sus sistemas de TI de hoy en día que no sólo ayudan a los clientes a gestionar sus redes, sino que también les permiten desempeñar un papel vital en la explotación de sistemas de energía. Las soluciones de ABB van desde un simple sistema SCADA hasta sistemas avanzados de transmisión y distribución que garantizan un funcionamiento seguro y estable y evitan apagones. Además, se dispone de modernos sistemas de información de energía para ayudar al operador a garantizar que la red se explota de forma óptima desde el punto de vista económico. Toda la información empresarial se puede obtener con un solo clic del ratón. El Network Manager de ABB ofrece una amplia gama de funciones para satisfacer las necesidades de los operadores de redes de transmisión y de los de redes combinadas y generación de energía. Éstas van desde el análisis y la optimización de operaciones del día a día y programación a corto plazo, hasta la gestión y control de generación en tiempo real. La plataforma Network Manager de ABB proporciona una arquitectura de sistema abierta y una integración versátil de las aplicaciones empresariales de ABB en el software de terceros. Además, hace posible el SCADA tradicional, las soluciones de gestión de generación y transmisión, las funciones de gestión de distribución y parada, así como los sistemas de gestión empresarial (BMS) para la comercialización de energía. Los BMS son sistemas de operaciones de mercado que proporcionan soluciones completas de software para gestionar mercados centrales de energía para operadores independientes de sistemas (ISO), organizaciones comunes para energía y organizaciones regionales de transmisión (RTO). Un BMS típico ofrece herramientas para la programación de la generación en tiempo real o con un día de adelanto, y se facilita en una plataforma de arquitectura abierta que dispone de interfaces de última generación con otros sistemas de software. El BMS también facilita una plataforma de comercio electrónico para administrar todos los aspectos de un mercado de energía competitivo, y proporciona una interfaz de liquidaciones y mediciones. El sistema de gestión de generación (GMS) de la compañía admite una explotación avanzada, una programación óptima y un análisis de las centrales eléctricas generadoras. Esto incluye previsiones de carga, pronóstico de entrada de energía, evaluación de transacciones, subastas, compromiso de las Ámbito de suministro para ofertas de gestión de redes 40

3 Por último, las soluciones de comunicaciones dentro de la empresa de ABB completan la cartera de productos y proporcionan funcionalidades para las redes de comunicación operativa y corporativa. Las soluciones de banda ancha y transporte por red permiten la transmisión de voz y de señales vitales de control y protección para las necesiunidades, programación de generación hidroeléctrica y una utilización óptima de recursos de generación con programación y venta integrada, frecuencia de carga multizona y equilibrio de las líneas. El sistema de gestión de energía (EMS) de ABB amplía la funcionalidad de SCA- DA para formar la solución SCADA/ EMS, con aplicaciones como estimaciones de estado, que proporciona una imagen detallada y precisa de la red, con una resolución de tiempo de segundos o minutos Los análisis de contingencia, también parte del EMS, ayudan a los operadores a gestionar situaciones simuladas para distintas condiciones de red a fin de determinar, por ejemplo, qué medidas correctoras se necesitan para poder mitigar las sobrecargas de forma óptima, o para evaluar el balance y los márgenes de la energía reactiva, o incluso para gestionar límites de carga. En resumen, el EMS permite a las empresas eléctricas realizar operaciones seguras y eficientes en mercados regulados y liberalizados: Gestionando flujos de potencia activa y perfiles de tensión Determinando rápidamente la seguridad operativa Detectando y mitigando congestiones Identificando caídas de tensión Realizando análisis de anomalías registradas y simulando tareas de restauración Proporcionando un simulador para formación Sin embargo, las aplicaciones EMS no son las ideales para hacer un modelo de los detalles de la red de distribución. En efecto, el tamaño del modelo de red, en términos de sistemas de energía, suele ser un factor más importante en los sistemas de distribución que en los de transmisión. Para compensar esto, las aplicaciones del sistema de gestión distribuida (DMS) aumentan la funcionalidad del SCADA para crear la solución SCADA/DMS en campos en los que el EMS se queda corto. El DMS puede encargarse de la reconfiguración del alimentador, la programación del componente de energía reactiva y los modelos de cortes en la línea. También se adapta a las cambiantes topologías de las redes debidas a ampliaciones, mantenimiento o paradas locales temporales, y permite una visión geográfica de la red de distribución 1. Una función de gestión de paradas proporciona la capacidad de integrar los sistemas de gestión de información al cliente y de llamadas de averías en el sistema SCADA/DMS existente, permitiendo así a los operadores gestionar la red de distribución con un sistema totalmente integrado. Los sistemas de gestión embresarial (BMS) son sistemas de operaciones de mercado que proporcionan soluciones completas de software para gestionar mercados centrales de energía. dades operativas de las compañías eléctricas. Justificación de la Gestión de Red de ABB Las reglas de mercado que afectan a la explotación están cambiando constantemente. Se han identificado en la actualidad tres factores que afectan al modo de explotación de las redes de energía, y el primero de ellos se centra en la creciente demanda de energía. Todas las economías en desarrollo necesitan más energía, lo que obliga a las empresas eléctricas a explotar sus sistemas de forma más cercana a sus límites físicos. Esto, a su vez, reduce el margen de seguridad del suministro y ejerce más presión en los equipos de red 1). Al mismo tiempo, con cada vez más redes interconectadas entre países 2), la 1 Proceso distribuido geográficamente Estaciones de operador SCADA LAN Módem B A Reserva en línea de SCADA Red de comunicaciones Automatización de subestaciones RTU RTU RTU Notas a pie de página 1) La ampliación de las redes se realiza a menor velocidad por razones económicas y ambientales. 2) La red europea UCTE, que se extiende desde Dinamarca hasta Grecia y desde Portugal hasta Rumanía y Bulgaria, suministra actualmente a unos 450 millones de consumidores un consumo anual de unos TWh. 41

4 influencia de la economía en el suministro de energía, que es el segundo factor, es mayor que nunca. En otras palabras, en lugar de que la física y la seguridad influyan en el comportamiento y en los planes de las empresas eléctricas, como sucedía en el pasado, las leyes del mercado son ahora las fuerzas que impulsan la circulación de energía por la red. Este cambio exige conectividad con muchos sistemas de TI no operativos, como la ERP (Planificación de los Recursos de la Empresa) y la CRM (Gestión de Relaciones con los Clientes), que contienen datos empresariales importantes. El tercer y último factor se centra en los efectos medioambientales colaterales de una mayor generación de energía, en especial en el nivel de emisiones de CO 2. El foco de atención está ahora meridianamente centrado tanto en el uso eficiente de la energía como en una mayor utilización de energía renovable y distribuida. Compañías como ABB pueden abordar sin dificultad alguno de estos aspectos. Las soluciones descritas anteriormente contribuyen en gran medida a afrontar la naturaleza cambiante del mercado. No obstante, fue preciso recurrir a algunas iniciativas tecnológicas para afrontar mejor estos retos. Tales iniciativas se describen en los apartados siguientes. Soluciones innovadoras Mientras que las soluciones tradicionales de automatización de subestaciones protegen en milisegundos a personas y equipos de fallos de funcionamiento, los sistemas SCADA/EMS trabajan en cuestión de minutos cuando tratan las condiciones de funcionamiento de la red. Sin embargo, con tantas redes de energía en todo el mundo funcionando casi al límite, el tiempo para actuar y reaccionar ante anomalías es cada vez más corto y más valioso. Tradicionalmente, muchos sistemas de energía informan de sobrecargas o caídas de tensión en líneas o nodos de la red. No obstante, se requiere una visión más completa de la situación para abordar con rapidez las consecuencias de tales problemas, que afectan a todo el sistema. Utilizando las soluciones basadas en la Unidad de Medición de Fasores (PMU de ABB) se puede obtener esta imagen. Lo que hacen es proporcionar una visión de la red dentro de todo el sistema, permitiendo así al operador adoptar medidas correctoras de inmediato en caso de situación crítica para el sistema. Se obtienen resultados de gran precisión cuando las mediciones con PMU se integran en el estimador de la situación de ABB. Estas mismas mediciones con PMU se utilizan también para evaluar el estado general del sistema de energía, como parte de los servicios de Control y Vigilancia de Amplias Zonas de ABB. En consecuencia, los operadores pueden adoptar medidas correctoras por ejemplo, utilizando dispositivos FACT (sistemas flexibles de transmisión en corriente alterna) para controlar el flujo de energía, basadas en la información de toda la red. En una situación típica de emergencia, los operadores se ven abrumados con grandes cantidades de datos y alarmas. ABB está investigando en la actualidad diferentes soluciones para ayudar a las empresas eléctricas en este aspecto. En primer lugar, la conciencia operativa de los usuarios de la sala de control se agudiza si se proporciona más información visual sobre la situación del sistema de energía. Normalmente, la caída del sistema de energía es consecuencia de una serie de fallos en cascada en la red, por lo que es importante no sólo ver los componentes individuales, sino que se deben identificar fácilmente acontecimientos a escala de todo el sistema. La inclusión de mapas de contorno de distribución de tensión y frecuencia 2, o de oscilaciones de potencia a nivel de toda la red son ejemplos de la información adicional que se puede facilitar cuando se observa la situación de un sistema antes de que se produzca un hecho crítico. Con la combinación de grandes sistemas, por no mencionar el cada vez mayor tamaño de las redes, la cantidad de errores y alarmas que debe procesar el operador puede ser abrumadora. ABB apoya a sus clientes con un sistema de gestión de alarmas capaz de identificar las causas profundas. El sistema ayuda a filtrar alarmas y suprime hechos repetidos para que el operador pueda reaccionar rápidamente ante fallos del sistema en el momento preciso. La influencia normativa, la economía y la creciente utilización de infraestructuras estándar de TI están promoviendo la integración de sistemas de TI más allá de sus límites iniciales. Sin embargo, las dificultades técnicas de dicha integración son considerables. Los aspectos relacionados con la ciberseguridad complican aún más la situación. Con la normativa NERC/CIP sobre ciberseguridad 3) en vigor desde principios de 2008, la Gestión de Redes de ABB está desarrollando o utilizando constantemente un completo conjunto de herramientas para facilitar a los usuarios finales la posibilidad de cumplir esas normativas 2 Colores de red dinámica en Network Manager. Los colores rojo/azul indican una desviación respecto a la tensión nominal (alto/bajo). 42

5 dentro del ámbito del suministro. Con sus soluciones SCADA/EMS, la compañía garantiza desde el principio que el personal afectado esté bien formado sobre las normas en materia de ciberseguridad; que el acceso a los códigos esté registrado y controlado; que el software siga las mejores prácticas en modelización de amenazas; y que se sigan las prácticas adecuadas de codificación. También es necesario el cumplimiento durante la puesta en marcha del sistema en actividades como restringir al mínimo imprescindible el número y el tipo de los servicios necesarios para cumplir los requisitos de funcionamiento y fortalecer el sistema eliminando o desactivando todas las funciones innecesarias, como conexiones a red, servicios y compartición de archivos, garantizando al mismo tiempo que todas las funciones restantes están dotadas de la necesaria seguridad. Ahora bien, es importante entender que la seguridad se refiere a la gestión de riesgos y que sólo se puede conseguir una seguridad óptima manteniendo un estrecho contacto y colaboración con los clientes. ABB está utilizando también recursos internos (por ejemplo, piratas informáticos éticos) e independientes (por ejemplo, los Laboratorios Nacionales en Idaho, Estados Unidos), para comprobar la vulnerabilidad del sistema de Gestión de Redes. En resumen, ABB está desarrollando sus sistemas conjuntamente con sus clientes, a fin de alcanzar dos objetivos sumamente difíciles: abrir los sistemas para cumplir los siempre exigentes objetivos económicos y, al mismo tiempo, proteger los sistemas de intrusiones o sabotajes no deseados. La eficiencia energética y la mayor utilización de las energías renovables son factores muy importantes en el desarrollo de soluciones de gestión de transmisión y distribución. Por lo que respecta a la alta tensión, la integración de tecnologías de generación eólica es un asunto muy importante, ya que la confianza en la energía eólica sigue creciendo. El sistema de Gestión de Redes de ABB ayuda a programar y equilibrar de manera óptima la aleatoriedad de la energía eólica sin poner en peligro la estabilidad del sistema. En lo que atañe a la distribución, la influencia de la generación distribuida (solar, biomasa, ciclo combinado, etc.) está variando los flujos de energía en la red. Antes, el flujo de energía iba dirigido únicamente desde la generación a la distribución a través de la transmisión. Hoy en día es necesario abordar la creciente proporción de energías renovables en baja tensión. Al mismo tiempo, la instalación de más dispositivos inteligentes en las redes genera una gran cantidad de datos diversos. El análisis de estos datos ayuda a determinar la solución ecológica y económica más adecuada, así como la más conveniente para gestionar la generación distribuida. En el futuro, la solución de ABB ayudará a determinar el potencial para añadir recursos de energía distribuida. Entonces las empresas eléctricas se podrán concentrar en encontrar soluciones adecuadas para la ampliación de las redes. ABB está añadiendo funcionalidades para el comercio de emisiones al software de apoyo a las infraestructuras de mercado que forma parte de sus aplicaciones BMS. Las aplicaciones de operaciones de mercado de BMS están diseñadas para gestionar concursos y ofertas (incluidas energía, reservas, congestión, etc.) de participantes en el mercado, y el comercio de emisiones (CO 2, NO x etc.) es una ampliación natural de las funcionalidades de esos sistemas, dado que la práctica del comercio de emisiones es normal ahora en Europa conforme a las Directivas de la UE y que se comercia activamente con NO x en Estados Unidos. Consideraciones finales Puesto que la sociedad es muy dependiente de la fiabilidad del suministro de energía, que éste sea además seguro, asequible y sostenible desde el punto de vista ecológico es una prioridad absoluta para todas las compañías eléctricas. ABB está perfectamente preparada para afrontar esos retos con una gama completa de soluciones de transmisión y distribución. Una sala de control típica Claus Vetter Gestión de redes de ABB Baden, Suiza claus.vetter@ch.abb.com Neela Mayur Gestión de redes de ABB Houston, Texas, EE.UU. neela.mayur@us.abb.com Marina Öhrn Sistemas de energía de ABB Mannheim, Alemania marina.ohrn@de.abb.com Nota a pie de página 3) Véase (página web de la NERC/CIP) (diciembre de 2007) 43