VISIÓN DE LA PLANEACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN COLOMBIA. SEMINARIO PLANEACIÓN DE SISTEMAS FLEXIBLES DE ENERGÍA XM MEDELLÍN 12 de diciembre de 2012

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1 VISIÓN DE LA PLANEACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN COLOMBIA SEMINARIO PLANEACIÓN DE SISTEMAS FLEXIBLES DE ENERGÍA XM MEDELLÍN 12 de diciembre de 2012

2 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 2

3 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 3

4 PROCESO ACTUAL Fase 1 Planeamiento: Elaboración Plan de Expansión Fase 2 Preparación Convocatoria: Pliegos y garantías Fase 3 Selección Inversionista Fase 4 Ejecución del Proyecto 4

5 PROCESO ACTUAL Fase Planeamiento Procesar Información de arranque Inicio Elaboración Plan de Expansión Incorporar Proyecciones de Demanda 1 Análisis PLAN DE TRANSMISIÓN Despachos base PLAN DE GENERACIÓN Definir Red objetivo (15 años) Analizar disponibilidad de recursos Analizar Mediano y Corto Plazo Establecer las señales de expansión a STRs Analizar necesidades solo con Expansión definida: Cargo x Conf. Analizar escenarios de expansión Definir los Proyectos STN Determinar expansión adicional Comentarios CAPT (Comité Asesor) Versión Preliminar Comentarios Agentes Concepto CAPT (Comité Asesor) Comentarios MME Ajustes y versión final Adopción del MME Convenciones: --- Línea azul: UPME --- Línea naranja: Agentes --- Línea morada: MME --- Línea verde: CREG 5

6 EVALUACIÓN Y BENEFICIOS CRITERIOS DEL PLAN a) Flexible en el mediano y largo plazo, de tal forma que se adapte a los cambios que determinen las condiciones técnicas, económicas, financieras y ambientales b) Debe cumplir con los requerimientos de calidad, confiabilidad y seguridad vigentes a la fecha de su elaboración. c) Los proyectos propuestos deben ser técnica, económica y ambientalmente viables. La viabilidad ambiental será aprobada por las autoridades competentes. d) La demanda debe ser satisfecha atendiendo a criterios de uso eficiente de los recursos energéticos BENEFICIOS DE LAS OBRAS Confiabilidad eléctrica: Agotamiento de la red y respuesta ante eventos. Confiabilidad energética: Conexión de generadores con Obligaciones de Energía Firme (OEF) Reducción de los costos operativos: Eliminación o reducción de restricciones e) Debe propender por la minimización de los costos de inversión, los operativos y de las pérdidas del Sistema 6

7 PROCESO ACTUAL Fase Preparación Convocatoria 1 Comentarios MME Adopción del MME Restricciones físicas y ambientales Plan de Transmisión (Obligatorio): Obras de trasmisión: convocatoria. Señales expansión STR. Plan de Generación (indicativo): Necesidades de expansión de LP Recursos y tecnologías Costos marginales 2 Preparación Convocatoria Elaboración de Pliegos (DSI) STN Tipo de Obra? STN+STR OR interesado? No STN+Gen. Si Convocatoria STR (*) Constitución de Garantía 3 Inicio Convocatoria Publicación Pliegos Convenciones: --- Línea azul: UPME --- Línea naranja: Agentes --- Línea morada: MME --- Línea verde: CREG 7

8 PROCESO ACTUAL Fase Selección Inversionista 3 Inicio Convocatoria Publicación Pliegos Consultas, respuestas y Adendas Proceso Interventor Consultas, respuestas y Adendas Proceso Inversionista Selección Interventor (Se informa el costo $) Selección Inversionista (Menor oferta) Requisitos previos a la oficialización de ingresos Concepto UPME cumplimiento de requisitos Resolución CREG oficializa Ingresos (IAE) Convenciones: --- Línea azul: UPME --- Línea naranja: Agentes --- Línea morada: MME --- Línea verde: CREG 4 Inicio Ejecución 8

9 PROCESO ACTUAL Fase Ejecución 4 Inicio Ejecución Diseños de detalle Licenciamiento ambiental Permisos Adquisición de suministros Construcción y montaje Pruebas Puesta en servicio Convenciones: --- Línea azul: UPME --- Línea naranja: Agentes --- Línea morada: MME --- Línea verde: CREG 9

10 GWh - año Proyección Largo Plazo Esc Alto Esc. Medio Esc Bajo Entre los años 2012 y 2020 se espera una tasa media anual de crecimiento de 3.8%, y en el periodo 2021 a 2031 de 3.5%.

11 Evolución de la capacidad instalada v.s. Proyección de demanda de potencia Resultado subasta 2008: 2,900 MW de los cuales 2,534 MW son hidráulicos. Resultado subasta 2011/2012: 1,082 MW, de los cuales 582 son hidráulicos. En total, se instalarán 3,982 MW. Se requieren cerca de 3,700 MW adicionales a los del cargo por confiabilidad.

12 ene-12 ene-13 ene-14 ene-15 ene-16 ene-17 ene-18 ene-19 ene-20 ene-21 ene-22 ene-23 ene-24 ene-25 ene-26 GWh-año Energía Firme vs Proyección de demanda de Energía ENFICC D ALTA D MEDIA D BAJA Entre 2019 y 2020 se requiere adicionar energía firme. Se sugiere que el periodo de planeamiento de la próxima subasta sea de 5 y no de 4 años para que la transmisión se alcance a definir y a ejecutar. En consecuencia, la próxima subasta debería ocurrir entre 2014 y Se requieren 3,700 MW adicionales a los ya definidos para cumplir criterios de confiabilidad.

13 Expansión en transmisión Proyectos en ejecución: 7 1.Nueva Esperanza 500/230 kv (Bogotá) 2.El Bosque 220 kv (Cartagena) 3.Sogamoso 500/230 kv (Santander) 4.Armenia 230 kv (Eje Cafetero) 5.Alférez 230 kv (Cali) 6.Quimbo 230 kv (Huila) 7.Termocol 220 kv (Santa Marta) Proyectos aprobados: 8 1. Chivor-Norte-Bacatá 220 kv 2. Suria 220 kv 3. Flores Caracolí Sabana 220 kv 4. Bello Guayabal Ancón 220 kv 5. Chinú Montería Urabá 220 kv 6. Bolívar Cartagena 220 kv 7. Cambio configuración subestación Malena 220 kv 8. Cambio configuración subestación Caño Limón 220 kv Proyectos en definición: La Loma 500 kv 2. Río Córdoba 220 kv 3. Refuerzo Costa 1x500 kv 4. Conexión Ituango 3x500 kv 5. Refuerzo Suroccidental 1x500 kv 6. Conexión Ambeima 220 kv 7. Compensaciones Bogotá (SVC-STATCOM). 8. Refuerzo Bogotá 2x500 kv 9. Compensaciones Suroccidental (SVC-STATCOM) 10. Conexión Porvenir 220 kv

14 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 14

15 METODOLOGÍA GENERAL DE PLANIFICACIÓN Inicio Diagnóstico del Sistema de Transmisión Nacional STN y los Sistemas de Transmisión Regionales STR s i = 1, n, 1 Para la alternativa i k = k +1 k < M si Visión de largo plazo (15 años) Análisis de Corto (5 años) y Mediano Plazo (10 años) Establecer alternativas de solución a las M necesidades identificadas Para la necesidad k identificada Análisis Eléctricos Análisis Económicos Se calcula la relación Beneficio/Costo. Es decir, B/Ci Se establece la recomendación para la necesidad k como: RecomK= Max (B/C1, B/C2, B/C3) no Se establecen las M convocatorias asociada a cada proyecto. Se emiten señales de expansión para cada Operador de Red

16 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 16

17 CONFIABILIDAD ELÉCTRICA Y AGOTAMIENTO DE LA RED Inicio Establecer las condiciones base para el año j (generación, demanda y topología) Análisis de contingencia no Análisis bajo condiciones normales de operación i = i + 1 no si Selección de N contingencias críticas (Ranking) Para la contingencia i Violaciones no Violaciones si Agotamiento de la Red: Se establece la ENS si Se establece la ENS no i < N si Fin

18 CONFIABILIDAD ELÉCTRICA Y AGOTAMIENTO DE LA RED Inicio Establecer las condiciones base para el año j (generación, demanda y topología) Análisis de contingencia no Análisis bajo condiciones normales de operación i = i + 1 no si Selección de N contingencias críticas (Ranking) Para la contingencia i Violaciones no Violaciones si Agotamiento de la Red: Se establece la ENS si Se establece la ENS no i < N si Fin En primera instancia se establecen las condiciones base del Sistema, es decir, demanda y topología.

19 CONFIABILIDAD ELÉCTRICA Y AGOTAMIENTO DE LA RED i = i + 1 Establecer las condiciones base para el año j (generación, demanda y topología) no Análisis de contingencia si Selección de N contingencias críticas (Ranking) no Inicio Para la contingencia i Violaciones si Se establece la ENS i < N si no Fin no Análisis bajo condiciones normales de operación Violaciones si Agotamiento de la Red: Se establece la ENS Posteriormente se determina bajo condiciones normales de operación y contingencia sencilla, el desempeño del sistema en relación a sus principales variables eléctricas. Si se identifican violaciones, se calcula el valor esperado de la Energía No Suministrada - ENS y se valora la misma con la diferencia entre el costo de racionamiento y el costo unitario del servicio de energía eléctrica. Demanda máxima, media o mínima ENS = PNS. t.365 ENS = PNS.(λ. r).k El costo de racionamiento se selecciona calculando el deslastre de carga necesario para evitar violaciones, y su porcentaje de participación en relación a la demanda operativa donde se identifica la problemática. En primera instancia se establecen las condiciones base del Sistema, es decir, demanda y topología.

20 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 20

21 CONFIABILIDAD ENERGÉTICA Se presentan beneficios por confiabilidad energética para el país cuando se trata de un proyecto que permite: i. La conexión de una central de generación resultante de las subastas del Cargo por Confiabilidad. i. La reducción de los costos operativos, fundamentalmente por el incremento de los límites de intercambio entre áreas. i. La reducción de pérdidas en el Sistema. La siguiente expresión indica la forma de calcular la relación Beneficio / Costo de este tipo de proyectos.

22 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 22

23 ELIMINACIÓN O REDUCCIÓN DE RESTRICCIONES Inicio Para las M Restricciones identificadas Para la Restricción i Se establece la probabilidad p del escenario restrictivo Se establece la medida de administración del riesgo, es decir, la generación que se debe programar o limitar. Se valora el costo de la restricción como la diferencia entre su Reconciliación + y el Precio de Bolsa (Recp - Pb) multiplicada por la probabilidad p y la potencia reconciliada i = i + 1 Fin si i < M no

24 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. XXXXXXXXX 24

25 EJEMPLO DE APLICACIÓN

26 EJEMPLO DE APLICACIÓN Problemática Área Oriental Descripción

27 EJEMPLO DE APLICACIÓN Problemática Área Oriental Descripción Principal restricción

28 EJEMPLO DE APLICACIÓN Problemática Área Oriental Descripción Principal restricción Las transferencias desde el interior del país al Centro Oriente colombiano, es decir, el límite de importación del área, están restringidas a un valor de 550 MW (violaciones de tensión ante la contingencia Primavera Bacatá 500 kv bajo escenarios de mínimo despacho). Esta restricción, dependiendo del despacho económico, puede ocasionar sobre costos operativos

29 EJEMPLO DE APLICACIÓN Problemática Área Oriental Descripción Principal restricción Las transferencias desde el interior del país al Centro Oriente colombiano, es decir, el límite de importación del área, están restringidas a un valor de 550 MW (violaciones de tensión ante la contingencia Primavera Bacatá 500 kv bajo escenarios de mínimo despacho). Esta restricción, dependiendo del despacho económico, puede ocasionar sobre costos operativos

30 EJEMPLO DE APLICACIÓN Problemática Área Oriental Descripción Principal restricción Las transferencias desde el interior del país al Centro Oriente colombiano, es decir, el límite de importación del área, están restringidas a un valor de 550 MW (violaciones de tensión ante la contingencia Primavera Bacatá 500 kv bajo escenarios de mínimo despacho). Esta restricción, dependiendo del despacho económico, puede ocasionar sobre costos operativos En el largo plazo se observa la necesidad de contar con todo el parque de generación, con el objetivo de garantizar la seguridad del Sistema. Es por ello que si no se acometen proyectos de transmisión, es posible que se materialicen restricciones o racionamientos preventivos.

31 EJEMPLO DE APLICACIÓN Beneficios de un proyecto de expansión: BUCARAMANGA Reducción o liberación de la generación requerida en el área Oriental en todos los periodos de demanda, si y solo si esta generación no esta en mérito (Restricciones). MALENA PRIMAVERA TERMOCENTRO SOGAMOSO GUATIGUARÁ A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ CHIVOR NOROESTE TORCA CHIVOR 2 A LA VIRGINIA LA MESA GUACA BALSILLAS S.MATEO CIRCO TUNAL GUAVIO PARAISO A MIROLINDO NUEVA ESPERANZA REFORMA SURIA

32 EJEMPLO DE APLICACIÓN BUCARAMANGA PRIMAVERA SOGAMOSO GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ CHIVOR NOROESTE TORCA CHIVOR 2 A LA VIRGINIA LA MESA GUACA BALSILLAS S.MATEO CIRCO TUNAL GUAVIO PARAISO A MIROLINDO NUEVA ESPERANZA REFORMA SURIA

33 Función de Densidad de Probabilidad EJEMPLO DE APLICACIÓN BUCARAMANGA PRIMAVERA SOGAMOSO GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ CHIVOR NOROESTE TORCA CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL GUAVIO Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). REFORMA SURIA

34 Función de Densidad de Probabilidad EJEMPLO DE APLICACIÓN BUCARAMANGA PRIMAVERA SOGAMOSO GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL GUAVIO Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). REFORMA SURIA

35 Función de Densidad de Probabilidad EJEMPLO DE APLICACIÓN BUCARAMANGA PRIMAVERA SOGAMOSO GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 Zona de despachos que no generan restricción (sin Exp) A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL GUAVIO Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). REFORMA SURIA

36 Función de Densidad de Probabilidad EJEMPLO DE APLICACIÓN Probabilidad de no materialización de restricciones PRIMAVERA SOGAMOSO BUCARAMANGA GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 Zona de despachos que no generan restricción (sin Exp) A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL GUAVIO Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). REFORMA SURIA

37 Función de Densidad de Probabilidad EJEMPLO DE APLICACIÓN Probabilidad de no materialización de restricciones PRIMAVERA SOGAMOSO BUCARAMANGA GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 Zona de despachos que no generan restricción (sin Exp) A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL GUAVIO Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). REFORMA SURIA

38 Función de Densidad de Probabilidad EJEMPLO DE APLICACIÓN Probabilidad de no materialización de restricciones PRIMAVERA SOGAMOSO BUCARAMANGA GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 Zona de despachos que no generan restricción (sin Exp) A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. Generación requerida con expansión Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL REFORMA GUAVIO SURIA

39 Función de Densidad de Probabilidad Ampliación de la zona de despachos que no generan restricción (con Exp) EJEMPLO DE APLICACIÓN Probabilidad de no materialización de restricciones PRIMAVERA SOGAMOSO BUCARAMANGA GUATIGUARÁ MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 Zona de despachos que no generan restricción (sin Exp) A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. Generación requerida con expansión Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL REFORMA GUAVIO SURIA

40 Función de Densidad de Probabilidad Ampliación de la zona de despachos que no generan restricción (con Exp) EJEMPLO DE APLICACIÓN Probabilidad de Utilidad del proyecto de transmisión Probabilidad de no materialización de restricciones MALENA PRIMAVERA TERMOCENTRO SOGAMOSO BUCARAMANGA GUATIGUARÁ A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 Zona de despachos que no generan restricción (sin Exp) A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. Generación requerida con expansión Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL REFORMA GUAVIO SURIA

41 Probabilidad de materialización de restricciones con expansión Función de Densidad de Probabilidad Ampliación de la zona de despachos que no generan restricción (con Exp) EJEMPLO DE APLICACIÓN Probabilidad de Utilidad del proyecto de transmisión Probabilidad de no materialización de restricciones MALENA PRIMAVERA TERMOCENTRO SOGAMOSO BUCARAMANGA GUATIGUARÁ A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 Zona de despachos que no generan restricción (sin Exp) A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Generación requerida Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto, pero mayor a la requerida con proyecto. sin expansión Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. Generación requerida con expansión Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP). A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL REFORMA GUAVIO SURIA

42 EJEMPLO DE APLICACIÓN n BUCARAMANGA B = i=1 M. scop. prob util proy PRIMAVERA SOGAMOSO GUATIGUARÁ Donde: MALENA TERMOCENTRO M: Diferencia entre la generación requerida sin y con proyecto. Es decir, la potencia que se reconciliaría si no se dispone del proyecto de expansión. También se puede ver como la capacidad de importación adicional de un área, cuando se tiene una nueva infraestructura a nivel de transmisión. A PORCE III A LA VIRGINIA SAN CARLOS LA SIERRA NUEVA GRANADA PAIPA SCOP: Es la diferencia entre el precio de reconciliación positiva y el precio de bolsa. Este sobrecosto se materializa cuando se requiere un despacho fuera de mérito, con el objetivo de garantizar la seguridad e integridad del Sistema. Probutil proy: Es la probabilidad de utilidad del proyecto. Diferencia entre las probabilidades de tener un despacho económico inferior al mínimo requerido, sin y con proyecto. Este valor se obtiene ajustando a una función de densidad de probabilidad, la variable aleatoria despacho económico. MIEL 1 A SAN FELIPE A SAN FELIPE A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO PURNIO NORTE BACATÁ NOROESTE TORCA BALSILLAS CIRCO S.MATEO TUNAL NUEVA ESPERANZA CHIVOR GUAVIO SOCHAGOTA CHIVOR 2 REFORMA SURIA

43 Función de Densidad de Probabilidad EJEMPLO DE APLICACIÓN BUCARAMANGA PRIMAVERA SOGAMOSO GUATIGUARÁ Generación Mínima Requerida sin Proyecto MALENA TERMOCENTRO A PORCE III LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PAIPA NUEVA GRANADA PURNIO SOCHAGOTA MIEL 1 A SAN FELIPE NORTE A SAN FELIPE BACATÁ CHIVOR NOROESTE TORCA CHIVOR 2 A LA VIRGINIA LA MESA GUACA BALSILLAS S.MATEO CIRCO TUNAL GUAVIO PARAISO A MIROLINDO NUEVA ESPERANZA Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW] Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto. Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables. REFORMA SURIA

44 EJEMPLO DE APLICACIÓN n BUCARAMANGA B = i=1 Donde: M 2. scop. prob inf + N. (CRO) MALENA PRIMAVERA TERMOCENTRO SOGAMOSO GUATIGUARÁ M2: Diferencia entre la capacidad instalada del área y la generación requerida con proyecto. A PORCE III probinf: Probabilidad de Utilidad del Proyecto en la franja donde la capacidad instalada es inferior a la generación requerida: Es la diferencia entre las probabilidades de tener un despacho económico inferior a la capacidad instalada, que es uno, y mayor al despacho requerido con proyecto. LA SIERRA SAN CARLOS A LA VIRGINIA PURNIO NUEVA GRANADA PAIPA SOCHAGOTA MIEL 1 N: Es la diferencia entre la generación requerida sin proyecto y la capacidad instalada del área operativa. En otras palabras, es la potencia que se racionaría para garantizar la seguridad e integridad del Sistema. A SAN FELIPE A SAN FELIPE BACATÁ NORTE CHIVOR CRO: Es el Costo de Racionamiento. Se establece cuantificando el porcentaje de la demanda racionada en relación a un área Operativa. A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO NOROESTE BALSILLAS S.MATEO NUEVA TORCA CIRCO TUNAL GUAVIO CHIVOR 2 ESPERANZA REFORMA SURIA

45 EJEMPLO DE APLICACIÓN Alternativa de expansión: BUCARAMANGA Compensación capacitiva estática de 275 MVAr (2014). Compensación dinámica (SVC + STATCOM) 440 MVAr (2015). Corredor Sogamoso Norte Nueva Esperanza 500 kv (2018). Línea Virginia Nueva Esperanza 500 kv (2020), A PORCE III MALENA LA SIERRA PRIMAVERA TERMOCENTRO SOGAMOSO GUATIGUARÁ Beneficios SAN CARLOS Incremento del límite de importación del área Oriental, reducción de la generación requerida en el largo plazo (restricciones) y minimización del valor esperado de la energía no suministrada. A LA VIRGINIA MIEL 1 PURNIO NUEVA GRANADA PAIPA SOCHAGOTA Resultados (Beneficio / Costo) B/C = 2.00 Observaciones: A SAN FELIPE A SAN FELIPE NORTE BACATÁ NOROESTE TORCA CHIVOR CHIVOR 2 A partir del año 2025 se requeriría nuevamente la totalidad del parque generador, y deslastrar carga preventivamente, razón por la cual se ve necesaria una tercera interconexión a nivel de 500 kv, o expandir el parque generador en el área Oriental. A LA VIRGINIA A MIROLINDO LA MESA GUACA PARAISO BALSILLAS S.MATEO NUEVA ESPERANZA CIRCO TUNAL GUAVIO REFORMA SURIA

46 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 46

47 Aspectos para analizar en la búsqueda del fortalecimiento de la metodología. Conclusiones y trabajo futuro Los modelos de planeamiento no reflejan necesariamente las reglas del mercado de energía eléctrica. Esta situación obliga a realizar análisis complementarios, para valorar de esta manera la utilidad de los proyectos y así determinar si los mismos se justifican económicamente. El análisis probabilístico de los despachos esperados de energía en el largo plazo, permite identificar la utilidad de un proyecto, la cual ocurre cuando la energía requerida para cubrir al Sistema se encuentra fuera de mérito. De esta manera, la valoración económica es función de los sobrecostos operativos, determinados por los precios de reconciliación positiva de una planta en particular respecto al precio de bolsa. Si bien la metodología permite identificar futuras restricciones del sistema, la probabilidad de utilidad del proyecto se sigue calculando con el modelo energético. Esto representa una limitación, ya que con el SDDP no es posible replicar exactamente el sobrecosto operativo del sistema (R+ - R-), es decir, que para estos efectos, no representa las reglas comerciales del sistema colombiano con las que se obtienen los costos de restricciones. En este sentido, en el futuro se deberán desarrollar modelos de mercado, que permitan simular el comportamiento de los Agentes y calcular de esta manera el valor de las restricciones futuras.

48 TABLA DE CONTENIDO 1. Expansión: Proceso actual 2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión 3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los proyectos de transmisión y sub-transmisión. Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red. Confiabilidad energética. Eliminación o reducción de restricciones. 4. Ejemplo de aplicación. 5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología. 6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes Nueva visión del planeamiento 48

49 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)

50 Características de la GD Capacidad: Se han realizado diferentes clasificaciones, pero no hay consenso 2. Micro Pequeña Mediana Grande 1 W < P < 5 kw 5 kw < P < 5 MW 5 MW < P < 50 MW 50 MW < P < 300 MW Está conectada a redes de distribución de baja o media tensión. Tecnologías: No renovables (convencionales) Renovables (no convencionales) Micro turbinas de gas Motores reciprocantes Aplicaciones de cogeneración (CHP Combined Heat and Power) Turbinas de Viento Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH) Solar fotovoltaica y solar térmica Geotérmica Celdas de Combustible Biomasa 2 T. Ackerman, G. Andersson, and L. Soder. Distributed generation: a definition. Electr. Pow. Syst. Res., 57: , 2001.

51 Ventajas y desventajas (retos) de la GD 3 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 sub-transmisión. 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. 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

52 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: 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)

53 Definición de microredes 4 (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. 4 Adaptado de E. Perea, et al (2008) y A.D. Hawkes, M.A. Leach (2009). 5 Decentralized Energy Resource, se define como cualquier recurso local asociado al sistema energético, incluyendo generadores, dispositivos de almacenamiento y cargas.

54 Ventajas y desventajas (retos) de las μrs 6 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. 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

55 Tomado de: European Commission (2006). European SmartGrids Technology Platform. Url: Ejemplo de una μr

56 Preguntas sobre GD y μr Agentes involucrados: operador del sistema, administrador del mercado, operadores de red, (nuevos) generadores, agentes privados (e.g. industrial), comercializador, y usuarios finales. 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?

57 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 2. Mejora la confiabilidad 3. Integra energías renovables Permite a los consumidores administrar su uso de la energía y elegir las ofertas económicamente más eficientes. Utiliza automatización y tecnologías alternativas para mantener la confiabilidad del suministro y la estabilidad del sistema. 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.

58 Otras definiciones de las RI NIST: adding and integrating many varieties of digital computing and communication technologies and services with the power-delivery infrastructure. Bidirectional flows of energy and two-way communication and control capabilities will enable an array of new functionalities and applications that go well beyond smart meters for homes and businesses. FERC: Two-way flow of information and power FERC, definición alternativa: SG = AMI + HAN + DSM + DER + PHEV + DA + EMS AMI Advanced Metering Infrastructure HAN Home Area Networks DSM Demand-Side Management DER Distributed Energy Resources PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicles DA Distribution Automation EMS Energy Management System (Transmission)

59 Redes inteligentes Transmisión Elementos importantes en la red de transmisión: - Implementación de PMUs. - Sistemas de administración análisis de información (tiempo real). - Sistemas de control monitoreo protección de área amplia (WAMS, WACS). - Sistemas de manejo de energía (EMS). - Centros de control avanzados. Impacto en la red de transmisión de la implementación de RI a nivel de distribución: - Proyecciones de demanda. - Pronóstico de recursos distribuidos intermitentes (reservas). - Respuesta de la demanda: reducción del pico.

60 Redes inteligentes Distribución Algunos elementos: - Recursos de energía distribuidos (DER): generación, almacenamiento. - Infraestructura de medición avanzada. - Automatización de la distribución. - Respuesta de la demanda. - Eficiencia energética. -Vehículos eléctricos Microredes (μr) Impactos de generación local: Tomado de: European Commission (2006). European SmartGrids Technology Platform. Url: - Reducción de pérdidas. - Mejoramiento del perfil de voltaje (manejo de energía reactiva). - Reducción de cargabilidad de alimentadores y transformadores de frontera. - Diferir expansión a nivel de SDL y STR*. * Restricciones a la expansión de ORs (ambientales, POT, limitación de espacio, etc.)

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

62 Problema de planeamiento (convencional) Ubicar recursos de manera eficiente: capacidad adecuada de subestaciones y alimentadores para cubrir la demanda(*) Programación matemática clásica Optimización (Lineal) Programación entera (Mixta) Branch & bound Optimización multi-objetivo Meta-heurísticas Algoritmos genéticos Búsqueda tabú Inteligencia artificial y sistemas expertos Tomado de automation.siemens.com Muchos objetivos (no siempre conflictivos) Incertidumbres (crecimiento y ubicación de la demanda; fallas u ocurrencia de daños) Reglas de planeamiento urbano

63 Problema 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.) Tomado de: 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

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

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