IEEE Day Technical Chat Smart Grid

Transcripción

1 IEEE Day Technical Chat Smart Grid Redes Eléctricas Inteligentes Conferencia Virtual Dr. Héctor Sarmiento Uruchurtu Senior Member Dr. Rolando Nieva Gómez Conferencia Virtual octubre 8, 2010

2 Agenda 1. Antecedentes 2. Cómo será el sistema eléctrico del futuro? 3. Qué significa una red inteligente (RI)? 4. Cuáles son los beneficios potenciales de una RI? 5. Cuáles tecnologías contribuyen a una RI? 6. Qué iniciativas y proyectos existen en el mundo? 2 IEEE Day

3 Antecedentes Se dice que el sistema eléctrico es la máquina interconectada más grande y extensa del mundo La electricidad se tiene que consumir al momento que se genera, lo que añade complejidad al sistema eléctrico, ya que la demanda debe satisfacerse en todo momento 3 IEEE Day

4 Características del entorno actual Incremento en la demanda Grandes distancias entre generación y demanda Infraestructura eléctrica con años (50% de la capacidad de generación en países miembros de la OCDE) Atención al medio ambiente Incremento en apagones desde IEEE Day

6 Sistema Eléctrico del Futuro Fuentes de energía eléctrica Renovables: viento, solar, hidráulica, geotérmica, maremotriz Plantas de ciclo combinado con almacenamiento de dióxido de carbón Plantas nucleares, plantas de calor y energía, coproducción de hidrógeno Transporte de energía eléctrica Mayor uso de los corredores de transmisión, corriente directa Mayor uso de cable subterráneos, particularmente en ciudades Almacenamiento de energía eléctrica Para suavizar la curva de demanda y como respaldo de fuentes intermitentes 6 IEEE Day 6

7 Sistema Eléctrico del Futuro Transporte Transporte eléctrico incluye tanto tecnologías de baterías eléctricas, como electricidad directa Calefacción Basada en calentamiento solar y recuperación de calor de la generación distribuida 7 IEEE Day

8 Red Futura 2060 Almacenamiento Hidráulico Electricidad Hidroeléctrica y Geotérmica Generación Eólica Energía Termo-Solar Hidrógeno Calor y Energía Captación y Almacenamiento del Carbón Fotovoltaico Infraestructura Hidrógeno Producción con IGCC Parques Eólicos en el Mar y Generación Mareomotriz Red Inteligente Calefacción Solar Vehículos Hidrógeno Tren Eléctrico y Transporte Publico Vehículos Eléctricos Nuclear Biogas Calor y Energía 8 IEEE Day Fuente: European Commission for Smart Grids

9 Es necesario entonces Una red eléctrica moderna que: Sea autoreparable: que anticipa, detecta y responde a disturbios para evitar o reducir interrupciones Incorpora al consumidor como un agente activo, que modifica su consumo en respuesta a precios de la energía en tiempo real Resiste fenómenos naturales, ataques físicos y cibernéticos Acomoda todo tipo de fuentes de generación y almacenamiento de energía Opera eficientemente y optimiza el uso de los activos de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica 9 IEEE Day

10 Red inteligente En gran medida, las características de la red eléctrica del futuro se logrará con la incorporación de inteligencia, basada en tecnologías de información y comunicaciones: Sensores y sistemas de medición avanzada Redes de comunicación y procesamiento de datos Sistemas de actuación y control 10 IEEE Day

12 Red Inteligente? En una red eléctrica inteligente se aplican tecnologías, herramientas y técnicas, muchas de ellas disponibles en la actualidad, que incorporan mayor información y conocimiento a la red eléctrica, para que ésta sea más eficiente Una forma sencilla de entender a la red inteligente consiste en pensar en la incorporación del Internet al sistema eléctrico 12 IEEE Day

13 Un usuario más involucrado De la misma forma que las tarifas telefónicas y de avión son dependientes de la hora del día y la época del año, el usuario tendrá opciones en el consumo de la energía eléctrica Gracias a las tecnologías de una red inteligente, el usuario podrá conocer el precio que está pagando por la electricidad en todo momento, administrando sus costos y reduciendo su consumo en horas pico. 13 IEEE Day

14 Los clientes son parte de la red eléctrica Se tiene Información en tiempo real sobre el precio de la energía Se tienen sistemas automatizados en los principales equipos que consumen energía Calidad de la energía diferenciada en puntos de conexión 14 IEEE Day

15 En las residencias Que los paneles solares y aerogeneradores residenciales puedan vender energía eléctrica a la red de la compañía suministradora Que los vehículos sirvan para almacenar energía y puedan vender sobrantes durante periodos de demanda pico, o que se carguen en la noche, cuando la demanda es baja (suavizar los picos de demanda) 15 IEEE Day

16 Futuro control de energía en casa Contacto Inteligente Electrodomésticos Red Eléctrica Medidor Internet (Administrador de red, medidor, servicio) Pantalla con indicadores en tiempo real Portal en Web Internet (Cliente, servicio) Controlador de Administrador de Energía Control de AA 16 IEEE Day

17 Red actual Vs RI Actualmente Usuarios no están informados y no participan Generación centralizada Enfoque en fallas de equipo, respuesta lenta Prevención de daños postfalla Vulnerable a desastres naturales y ataques No existe administración de la demanda Red Inteligente Usuarios activos, con fuentes distribuidas y respuesta a la demanda Fuentes distribuidas renovables, almacenamiento de energía Opciones calidad/precio, respuesta rápida Detección y respuesta automática ante disturbios Capacidad de reconfiguración y restauración rápida Respuesta a la demanda de acuerdo a precios de la energía 17 IEEE Day

19 Demanda Típica Diaria en la Zona Metropolitana del Distrito Federal, México DEMANDA DEL AREA CENTRAL DEL DIA 13 DE DICIEMBRE DE MW 19:30 horas MW 03:35 horas Dic-07 00:00:00 13-Dic-07 02:24:00 13-Dic-07 04:48:00 13-Dic-07 07:12:00 13-Dic-07 09:36:00 13-Dic-07 12:00:00 13-Dic-07 14:24:00 13-Dic-07 16:48:00 13-Dic-07 19:12:00 13-Dic-07 21:36:00 14-Dic-07 00:00:00 DEMANDA [MW]... TIEMPO [MINUTOS]... Fuente: Centro Nacional de Control de Energía - CFE 19 IEEE Day

20 Beneficios Consumidor (industrial, comercial y residencial): Mejor informado y apoyado en sistemas inteligentes de administración de la demanda Reduce consumo de energía Reduce el monto de su factura Integrado a un sistema eléctrico confiable y con mejor atención del proveedor Menor afectación económica por interrupciones y calidad deficiente Podría contar con generación propia Inyecta al sistema la energía excedente y reduce su factura 20 IEEE Day

21 Beneficios Empresa de servicio público: Observa una curva de demanda suavizada Difiere inversiones de capital en transmisión y distribución Aprovecha la infraestructura existente y optimiza su uso Cuenta con sistemas de monitoreo en línea de equipos Detecta condiciones de pre-falla; mantenimiento basado en condición Alarga la vida útil de los equipos Utiliza infraestructura avanzada de medición Informa al usuario precios en tiempo real e incentivos para modificar patrones de consumo Mejora la atención al usuario IEEE Day

22 Beneficios Empresa de servicio público de energía eléctrica: Opera una red de distribución automatizada Detecta y aisla fallas, reconfigura la red para continuar con el servicio Utiliza infraestructura de medición basada en sincrofasores y sistemas de protección de área amplia Detecta situaciones previas a la pérdida de estabilidad o colapso de voltaje y aplica acciones preventivas Mejora la confiabilidad y seguridad del sistema 22 IEEE Day

23 Beneficios Empresa de servicio público de energía eléctrica: Opera con nuevas tecnologías, como FACTS (controladores a base de electrónica de potencia), superconductividad, almacenamiento de energía Reducción de pérdidas Mayor confiabilidad Mayor flexibilidad en la operación de la red eléctrica 23 IEEE Day

25 Tecnologías a) Comunicaciones integradas para información y control en tiempo real b) Componentes avanzados (superconductividad, almacenamiento) c) Métodos avanzados de control d) Sensores y medición, para monitoreo remoto, e) Interfases mejoradas, visualización 25 IEEE Day

26 a) Comunicaciones integradas Convertir a la red eléctrica en una mega-infraestructura robusta, dinámica e interactiva Permitir intercambio de información y energía en tiempo real y en ambos sentidos Permitir la integración de cada componente de la red eléctrica desde la fuente de energía hasta el usuario 26 IEEE Day

27 b) Componentes avanzados Mejorar la confiabilidad y comportamiento de la red eléctrica Aplicaciones de desarrollos recientes en materiales, superconductividad, almacenamiento de energía, electrónica de potencia y microelectrónica Lograr mayores densidades de potencia, confiabilidad, calidad de la energía y eficiencia Lograr menor impacto ambiental y diagnósticos mejorados en tiempo real. 27 IEEE Day

28 d) Sensores y medición Mejorar las mediciones en el sistema eléctrico Facilitar la transformación de datos a información útil Evaluar la salud del equipo Valorar la integridad de la red eléctrica Apoyar esquemas de protección avanzados Facilitar la elección del consumidor y la respuesta a la demanda 28 IEEE Day

29 e) Interfases mejoradas y visualización Una red eléctrica utiliza aplicaciones y herramientas, muchas en tiempo real, para facilitar a operadores y administradores la toma rápida de decisiones Se requiere de interfases y visualización que faciliten esta toma de decisiones 29 IEEE Day

31 Valor de las Redes Inteligentes Los costos de desarrollo de las redes inteligentes será enorme.pero mayores podrán ser los beneficios Además, la innovación tecnológica generará beneficios adicionales y reactivará la economía Iniciativas: (Comunidad Europea) SmartGrids European Technology Platform for Electricity Networks (Estados Unidos de América) American Recovery and Reinvestment Act of IEEE Day

32 Proyecto Telegestore (ENEL, ITA ) Sistema de equipos electrónicos consistente en: Medición, transmisión de datos (33M de medidores) Concentradores de información en cada subestación de distribución Sistema Central para administración del proceso (350 mil) Costo de la primera etapa (2,100 M, recuperados en 4 años) 32 IEEE Day

33 Telegestore Características Lectura remota del consumo Estructura multi-tarifaria Cambio remoto de aspectos contractuales Desconexión remota Monitorea la calidad del servicio Detección de fraudes 33 IEEE Day

34 Circuito AVANTI (Southern California-Edison ) Demostrar tecnologías avanzadas en circuitos de distribución, Instalación de 5.3 M de medidores inteligentes (1 630 M de usd), Infraestructura para recarga de vehículos eléctricos SCADA, FACTS, Medición Fasorial, Conductores Avanzados, Esquemas Correctivos Centralizados Generación Subestación Automatizada Distribución Transmisión y Sub-Transmisión Distribución Automatizada Circuito de Distribución del Futuro Usuario Medición Avanzada Respuesta a la Demanda y Fuentes Distribuidas 34 IEEE Day

35 AVANTI Esquemas de automatización en distribución Procesadores lógicos, interruptores en vacío y restauradores automáticos para reducir drásticamente el tiempo para localizar y aislar fallas Fibra óptica para medición de temperatura en cables y así optimizar su capacidad de conducción Tecnología FACTS para control flexible del suministro de potencia reactiva Otros proyectos demostrativos para aprender (micro-redes) 35 IEEE Day

36 Parque Bronsbergen (Holanda) (proyecto piloto de la empresa eléctrica) Objetivos: Garantizar el suministro y la calidad de la energía eléctrica Identificar problemas prácticos en la integración de micro-redes con el sistema de distribución 36 IEEE Day

37 Parque Bronsbergen (Holanda) 108 casas con paneles solares 2 bancos de baterías como almacenamiento de energía para la demanda pico Un centro de despacho y equipo de medición que controla el intercambio de energía entre la micro-red y la red de distribución 37 IEEE Day

38 Fin de la presentación Gracias por su atención 38 IEEE Day