Transmisión, Generación distribuida, Micro-redes Presentación: - Prof. Rodrigo Palma Behnke - MSc. Carlos Suazo - MSc. Eduardo Pereira - MSc. Carlos Benavides - Ing. Lorenzo Reyes Centro de Energía Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile
OBJETIVO Visión sobre los desafíos que tenemos en el sector transmisión, generación distribuida y micro-redes. 2 diciembre de 2012
OBJETIVO Seguridad suministro Sustentabilidad Equidad Competitividad Qué camino tomar? Qué camino copiar?
OBJETIVO Desafío de suministro de energía para Chile Programas de eficiencia energética Industria Transporte Integración de alto potencial renovable basado en recursos energéticos distribuidos Soluciones de suministro tradicionales Combustibles fósiles Embalses Expansión de la Tx Energía no convencional de gran escala.
Contenido Sistemas de transmisión Generación distribuida / Micro-redes Conclusiones 5 diciembre de 2012
1. Sistemas de transmisión - definición La actividad de transmisión consiste en el transporte de la energía eléctrica desde los puntos de producción o de disponibilidad, hasta los puntos en donde esta energía es demandada. Infraestructura asociada a la construcción de líneas eléctricas y subestaciones de transformación o de maniobra, las que a su vez deben incorporar diferentes elementos de aislamiento, protección y estabilización para permitir la transmisión confiable de grandes potencias y en elevados niveles de tensión. La transmisión, presenta economías de escala y de densidad, por lo que se constituye como monopolio natural seg. regulado 6 Acceso abierto Facilitar competencia en generación diciembre de 2012 Ref: Min. Energía, LA REGULACIÓN DEL SEGMENTO TRANSMISIÓN EN CHILE
1. Sistemas de transmisión - diagnóstico Barrera para desarrollo de las ERNC y la competencia - Norma técnica de calidad y seguridad de servicio. - Iniciativa de carretera eléctrica. - Perfeccionamiento bases ETT: horizonte, incertidumbres, criterio. - Interconexión SIC-SING. - Interconexiones internacionales.
1. Sistemas de transmisión nivel de intervención capa física Aplicaciones AGC / RI SCADA SIC
1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Confiabilidad: Seguridad + Suficiencia Suficiencia: capacidad para abastecer la demanda eléctrica y energética tomando en cuenta salidas programadas y plausibles de elementos del sistema. Seguridad: habilidad para soportar contingencias tales como cortocircuitos y pérdida de elementos del sistema. Seguridad de suministro == Suficiencia Ref: The National Electricity Reliability Council oversees and coordinates reliability and security for the entire United States.
1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 N-1 es un caso particular del criterio N-k desarrollado en la década del 40. Establece que el sistema eléctrico es capaz de soportar la salida simultánea de k elementos de generación, red y/o demanda, sin violar los límites operacionales ni tampoco dejar de abastecer la demanda. Enfoques Básicos Estándar de diseño nfoque determinístico Compromisos de LP NO Probabilidad de ocurrencia conocida? Costo de falla conocido? Efectos cuantificables? SI Estándar operacional Enfoque probabilístico Análisis costo - beneficio
1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Ref: Main Transmission System Planning Guideline, Transpower, 2005 Annexe 1 to report of working group on specification and negotiation of network services, NECA País / Sistema Criterio de expansión utilizado Determinístico Probabilístico Alemania N-1 con N-2 en contingencias específicas Francia N-1 SI Holanda N-1 con N-2 en escenarios específicos Planificada / controlada Brasil N-1 Se incorpora planificación probabilística Japón N-1 red principal N-2 Tokyo Sólo para análisis de desprendimientos Canadá N-2 en red principal y grandes ciudades Se incorpora paulatinamente EEUU N-1 en general, N-2 excepcionalmente Escocia N-1 red principal N-2 Interc. N-2, 3horas En adopción Reino Unido N-2 en red principal y centros de carga Se incorpora paulatinamente India Malasia Israel N-1 para red principal 500 kv N-1 en general, N-2 excepcionalmente N-1 red principal, N-2 ciudades escenar. Australia, NECA N-1 Italia N-2 Nueva Zelanda N-1 Chile N, N-1* Costo esperado de falla de corto plazo
1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Ref: Transelec
Criterio N-1 Cómo se internaliza en proceso de planificación Estudio ETT cada cuatro años
1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Modelos de coordinación hidrotérmica: OSE, PLP, SDDP Estándar de diseño Límites de operación producto de análisis de seguridad. Probabilidad de ocurrencia conocida? Costo de falla conocido? Efectos cuantificables? Estándar operacional Refleja sobrecostos esperados por contingencias de baja probabilidad de ocurrencia NO SI Espacio de discusión
1. Sistemas de transmisión - Criterio N-1 Modelos de coordinación hidrotérmica: OSE, PLP, SDDP Estándar de diseño Límites de operación producto de análisis de seguridad. Probabilidad de ocurrencia conocida? Costo de falla conocido? Efectos cuantificables? Estándar operacional Refleja sobrecostos esperados por contingencias de baja probabilidad de ocurrencia NO SI Espacio de discusión
1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica Sistema vigente de expansión de la Tx. Basado en un análisis caso a caso, para distintos escenarios de expansión de la generación resuelve en no 30 es d factible análisis de tipo estratégico. Horizonte de análisis de 10-15 años privilegia inversiones eficientes en el corto plazo. Desacoplamiento entre la planificación territorial y del sector eléctrico impacto social / medioambiente resistencia pública proyectos Falta de participación judicialización Extensos períodos de aprobación. Capacidad Alt. 1 Alt. 2 Holgura de capacidad Cantidad demandada Tiempo
1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica
1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica
1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica
1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica
1. Sistemas de transmisión Carretera eléctrica Propuesta de Carretera corredores de interés público Temas sensibles Ambigüedaddiscrecionalidad en definición de las Holguras. resuelve en 30 d Favorecer a proyectos específicos que ya presentan costoefectividad. Selección de punto de interconexión al STT Problemas de coordinación con esquema actual de ETT.
1. Sistemas de transmisión - ERNC Eólico Solar Febrero 2011 Abril 2012
Motivación 1. Sistemas de transmisión - ERNC Fenómenos involucrados reservas Reference: ACERA Incertidumbres Variabilidad < 1 h Variabilidad > 1 h Reserva secundaria Reserva primaria Planificación operación Operación en tiempo real
. Sistemas de transmisión ERNC y sistemas de almacenamiento Alternativas en el caso del SING BESS, PSP Diseño de sistemas de almacenamiento de energía en base a baterías (BESS) Sistemas eléctricos de potencia (SEP) Vehículos eléctricos (EVs) Servicios complementarios Integración energías renovables Implementación de Redes Inteligentes EV Ref: Nas Batteries-
. Sistemas de transmisión ERNC y sistemas de almacenamiento Alternativas en el caso del SING BESS, PSP Ref: Nas Batteries-
. Sistemas de transmisión ERNC y sistemas de almacenamiento Alternativas en el caso del SING Sistema Solar con acumulación Ref: ANDASOL-UNO
. Sistemas de transmisión ERNC y reservas
1. Sistemas de transmisión - ERNC Operación Natural [MW] 2500 2000 1500 1000 500 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Esfuerzos por el lado de la demanda [MW] 2500 2000 1500 1000 500 Esfuerzos por el lado de la demanda y almacenamiento ERNC [MW] 2500 2000 1500 1000 500 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
. Sistemas de transmisión Capacidad dinámica Ejemplo de Alemania Fuente: 50 Hertz, Alemania
. Sistemas de transmisión Capacidad dinámica
. Sistemas de transmisión Capacidad dinámica
I [A]. Sistemas de transmisión Capacidad dinámica 1200 800 400 IEEE IEC CIGRE' 0 0 2 4 6 8 10 12 v [m/s] Ref: Durham University
. Sistemas de transmisión Cuál es el límite de penetración? Argumento Recurso renovable físicamente no alcanza Conclusión sólo complemento a la matriz < 20 % Qué es ERNC? Mapas potencial Maduración tecno. Variabilidad técnicamente no puede ser compensada, no existen tecnologías sólo complemento a la matriz < 20% Estrategias opera. Almacenamiento STx, Mix. tecnológico El problema es sólo económico Costos de respaldo es sin duda prohibitivo Costos de respaldo + costo de tecnologías ERNC alcanzan límites de competitividad incertidumbre asociada que debe ser evaluada. Embalses Acumuladores Unid. respaldo Los elementos anteriores tienen además una dimensión temporal en su aplicación.
Contenido Sistemas de transmisión Generación distribuida / Micro-redes Conclusiones 34 diciembre de 2012
2. Redes Inteligentes, GD Ambito Desafío de suministro de energía para Chile Programas de eficiencia energética Industria Transporte Integración de alto potencial renovable basado en recursos energéticos distribuidos Soluciones de suministro tradicionales Combustibles fósiles Embalses Expansión de la Tx Energía no convencional de gran escala.
Inserción masiva de energías renovables (PMU, AGC, DR) Generación distribuida Micro-redes Generadores virtuales Medidores inteligentes Casas/edificios inteligentes 2. Redes Inteligentes, GD El origen Avances en electrónica de potencia, informática, telecomunicacion es, sensores, actuadores. Aumento del nivel de requerimientos y complejidad de los SEP, ME Aumento de inserción de energías renovables intermitentes, generación distribuida, vehículos eléctricos.
2. Redes Inteligentes, GD Definición Redes Inteligentes / Smartgrids Tecnología clave que permitiría el desarrollo de las energías renovables, la adopción de vehículos eléctricos y mejoras en la eficiencia energética. (1) Red eléctrica transformada (en los niveles de transmisión y distribución) que utiliza sistemas de comunicación bidireccionales. (2) Sobrenombre para una amplia paleta de aplicaciones que potencian la capacidad de monitoreo y control de una red eléctrica. Ref: IBM
2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Eólico Geotermia Hidráulica Solar Biomasa 38
2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes 23 kw ~ = = ~ 100 kva Water tank 2 kw = ~ = ~ 3 kw 40 kw BESS ~ = 140 kwh
2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes
2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes
2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Electrificación de localidades remotas
2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Desarrollos técnicos 43
MICRORED DE HUATACONDO /
2. Redes inteligentes Micro-redes inteligentes Micro-redes de emergencia - Vulnerabilidad del sistema eléctrico actual - Petróleo transportado desde el continente - Sistema eléctrico susceptible a desastres (incendios, aluviones, tsunamis, etc.) - Necesidad de seguridad de suminsitro a consumos críticos utilizando energéticos locales.
2. Redes inteligentes Generación distribuida Micro hidráulica Plug / Play
2. Redes inteligentes Domótica y vehículos eléctricos Ref: RWE, Alemania
2. Redes inteligentes Sustentabilidad de soluciones Alta vida útil de los equipos Bajos costos operacionales Bajos costos de mantenimiento Soluciones de ingeniería: Adquisición de equipos, diseño y construcción Control automático y monitoreo: SCADA Educación y capacitación: Programas de mantenimiento, capacitación, extensión Podemos asegurar sustentabilidad de largo plazo? 49
2. Redes inteligentes Sustentabilidad de soluciones Alta vida útil de los equipos Bajos costos operacionales Bajos costos de mantenimiento Soluciones de ingeniería: Adquisición de equipos, diseño y construcción Control automático y monitoreo: SCADA Educación y capacitación: Programas de mantenimiento, capacitación, extensión SOCIAL SCADA Participación de la comunidad es estimulada Operación adecuada / Procedimientos de mantención Bajos costos y vida útil esperada 50
Contenido Sistemas de transmisión Generación distribuida / Micro-redes Conclusiones 51 diciembre de 2012
Conclusiones Desafíos para un desarrollo del sector: Nuevos equipos Nuevas políticas operacionales Nuevas herramientas Nuevas requerimientos AGC FACTS Determinación de Reservas Pronóstico NT - Requerimientos Almacenamiento Programación operación Planificación territorial Capacidad dinámica de transmisión SSCC Interconexión Fiscalización Control de demanda Redes Inteligentes, micro-redes, generación distribuida
Solución local efectiva Innovación Tecnológica Nivel Conceptual Teórico Desarrollos Intermedios ~ = ~ ~
Transmisión, Generación distribuida, Micro-redes Presentación: - Prof. Rodrigo Palma Behnke - MSc. Carlos Suazo - MSc. Eduardo Pereira - MSc. Carlos Benavides - Ing. Lorenzo Reyes Centro de Energía Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Universidad de Chile