La iniciativa GEVI El Primer Generador Virtual para Chile

La iniciativa GEVI El Primer Generador Virtual para Chile Prof. Rodrigo Palma Behnke (DIE, Universidad de Chile) Co-autores: Prof. Carlos Gherardelli (DIMEC), Prof. Francisco Gracia (DIQ), Prof. Patricio Mendoza (DIE), Claudio Vergara, Manuel Vargas. Apoyan: Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile Departamento de Ingeniería Eléctrica Centro de Modelamiento Matemático, Instituto Milenio de Sistemas Complejos de Ingeniería 1

ᄚ Contenido 1. Introducción / Motivación 2. Generador Virtual 3. Visión 4. Objetivos y Metodología 5. Estado Actual 6. Conclusiones 2

1. Introducción / El sector eléctrico Corte Suprema Conama Corema CONICYT * Fuente. U. de Chile 3

1. Introducción / El crecimiento de Demanda 15% Demanda de energía eléctrica y crecimiento 1960-2006 50000 10% 40000 Crecimiento [%] 5% 0% 30000 20000 Demanda [GWh] -5% 10000-10% 1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 0 Año Demanda [GWh] Crecimiento demanda [%] * Fuente. U. de Chile, G. Jiménez 4

1. Introducción Tarea Pendiente Kwh/capita 18,000 16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 APEC ELECTRICITY TENDENCIAS CONSUMPTION PATTERN 0 0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 GDP/capita Estabilización en torno a 11000 kwh/cap (3X) Tasa de crecimiento 5% 22 años 12000 MW 36000 MW desafío 24000 MW? Australia Brunei Canada Chinese Taipei Hong Kong, China Japan New Zealand Singapore United States Chile Korea, Rep. Malaysia Mexico Indonesia Papua New Guinea Peru Philippines Thailand Vietnam China Russian Federation Curve-Superior Middle Curve Curve-Inferior Fuente: APEC, L. Vargas U. de Chile 5

1. Introducción Precios de combustibles Petróleo Revueltas en Irán 1979 Demanda China e India y conflictos OPEP y guerra Yom Kippur 1973 * Ref: Systep 6

1. Introducción Precios de combustibles Gas natural * Ref: Systep 7

1. Introducción Precios de combustibles Uranio 8

1. Introducción Disponibilidad hidráulica 35000 Energía afluente SIC 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 60-61 61-62 62-63 63-64 64-65 65-66 66-67 67-68 68-69 69-70 70-71 71-72 72-73 73-74 74-75 75-76 76-77 77-78 78-79 79-80 80-81 81-82 82-83 83-84 84-85 85-86 86-87 87-88 88-89 89-90 90-91 91-92 92-93 93-94 94-95 95-96 96-97 97-98 98-99 99-00 00-01 01-02 02-03 03-04 04-05 05-06 Energía [GWh] Año hidrológico * Ref: CNE 9

1. Introducción Disponibilidad hidráulica 2007 2006 10

1. Introducción Disponibilidad gas natural Recortes de gas de Argentina. *Ref: Systep 11

1. Introducción Precios de Nudo 110 100 90 80 PRECIO DE NUDO ENERGIA (Valores en dólares) [mills/kwh] 70 60 50 40 30 20 10 OCTUBRE 1982 OCTUBRE 19 8 4 ABRIL 1987 OCTUBRE 1989 ABRIL 19 9 2 OCTUBRE 1994 ABRIL 1997 OCTUBRE 1999 INDEX. A SEP-01 OCTUBRE 2002 ABRIL 2004 OCTUBRE 2005 IN D E X. A SEPT-06 IN D E X A SEP-07 SIC - Santiago SING - A ntofagasta 100 80 PRECIO DE NUDO ENERGIA (Valores en pesos) [$/kwh] 60 40 20 0 OCTUBRE 19 8 2 ABRIL 1984 ABRIL 19 8 6 ABRIL 19 8 8 ABRIL 19 9 0 ABRIL 19 9 2 ABRIL 19 9 4 ABRIL 19 9 6 ABRIL 1998 ABRIL 2000 IN D EX. A SEP-01 IN D EX. A OCT-02 OCTUBRE 2003 OCTUBRE 2004 IN D EX. A DIC-05 IN D EX. A SEPT-06 IN D EX A JUL-07 ABRIL 2008 SIC - Santiago SING - A ntogafas ta Ref: F. CNE 12

1. Introducción Motivación Visión futura de los sistemas eléctricos Situación actual en Chile: generación distribuida rareza, gran potencial no evaluado!, respuesta a seguridad energética. Storage Industry Power Quality Household Metering Solar Storage 110 kv 10/20 kv Fuel Cell 0,4 kv Wind Combined cycle plant Ref: Handschin, UNIDO. Ref: KEMA Consulting. 13

1. Introducción Potencial de recursos Ref: F. CNE 14

2. Generador Virtual - Definición Definition (VPP) 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. Participación como un solo agente de mercado. Alta diversidad de fuentes & soluciones tecnológicas. Generador Convencional Generador Eólico Cargas Paneles Solares Referencia Generación Generación Manejo Consumo Generación Base Datos Unidad Control Monitoreo 16

2. Generador Virtual Iniciativas Internacionales ISET laboratories STEAG Project Encorp Virtual Power Plant Virtual FC Power Plant Fenix project (DER European Union) Ref: ISET SOLID-DER Previous projects in Europe (CRISP, DISPOWER, MICROGRIDS, EUDEEP) Virtual Power Plant NATCON7 Decentralized Energy Management System by SIEMENS NTT research centre, Japan (control-communication) 17

Eólico Solar Hidráulica Biomasa Geotermia Recursos Energéticos: Hidráulica Eólico Solar Fotovoltaico Solar Concentrador Biomasa Diesel Geotermia Mareomotriz Configuraciones GEVI: Administrador de Redes Urbano Zona auto-sustentada Exportador puro Minero Modos de Operación: Isla Calidad de Suministro y Gestión de Redes Exportador de Energía

OPERACIÓN DESCONEXIÓN RECONEXIÓN FALLA EN ISLA

3. Visión Zona autosustentada en energía GEVI-OP 21

4. Objetivos / Metodología Objetivos de la iniciativa - 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. VPP - Primer prototipo GEVI que entre en operación en el país a comienzos del año 2010 de manera de validar los modelos y equipos desarrollados. 23

4. Objetivos / Metodología $/kw Desarrollos GEVI / Tareas específicas q - Evaluación del potencial de recursos energéticos locales, redes de distribución, servicios complemetarios dimensionamiento de un GEVI (mix energético, capacidades). -Estrategiasde control y plataforma de comunicaciones. - Integración de tecnologías seleccionadas. VPP - Desarrollos tecnológicos específicos (energía solar concentrada, microcentrales hidráulicas, fotovoltaica) - GEVI prototipo. 24

4. Objetivos / Metodología GEVI Prototipo - 5 distintas tecnologías de generación., GEVI-OP - Al menos 20 unidades, - Capacidad instalada total >= 100 kw, - Capacidad de operación en microgrid (fallas), VPP - Capacidad de exportación de energía, - Servicios complementarios (manejo de congestiones, regulación de tensión y factor de potencia, optimización de pérdidas óhmicas, corrección de desbalances), - Estructura modular escalable. 25

4. Objetivos/Metodología Monitoreo y Control Ref: IEEE 26

. Objetivos/Metodología Comunicaciones Acceso de información en área semi-rurales. Adaptación a diversas arquitectutas de GD. Comunicación efectiva (costo/calidad). [wireless, cell-phone (SMS), PLC, ADSL, etc.] vs [distintos servicios (complejidad/precios)] Protocolos seguros para multiusuarios (i.e. pronósticos de variables climáticas). Fuente: Powerworld GEVI como plug-in para soluciones de comunicación existentes.

5. Estado Actual Plan de Trabajo Creación de laboratorio de desarrollo Fin fase de diseño y plan de trabajo GEVI Pruebas de laboratorio Comienzo de fase de implementación Entrada en operación GEVI Prueba en terreno Fondos conscursables socios en la industria Partida GEVI diciembre enero junio junio octubre 2008 2009 2010 29

5. 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. -Estudiode servicios de un GEVI en un mercado de tipo Pool. VPP - Experiencia de laboratorio de un GEVI monofásico. -Sistema de monitoreo remoto RF. 30

6. Conclusiones - Se presentó: Necesidad Posibilidades de solución Oportunidad para la innovación tecnológica a nivel local modular replicable. - GEVI y sus características. - Algunos desarrollos específicos requeridos (comunicaciones / control). Contribuir, a través de la presentación de una iniciativa concreta (GEVI), a la reflexión sobre la forma en que los protagonistas de la industria minera y de las TICA pueden innovar en el nuevo milenio.