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2° CONGRESO REGIONAL DE ENERGIA 2015
Límites de la generación renovable en el MER:
caso de Costa Rica
Elaborado por Ing. Salvador López Alfaro San Salvador, Agosto 2015
Centro Nacional de Control de Energía
Director General
Límites de la generación renovable en el
MER: caso de Costa Rica
Temas a tratar.
1. Introducción
2. Metodología para definir la capacidad de
generación eólica que se puede instalar en el
SEN
3. Grado máximo de penetración solar en el SEN
4. Cuantificación del respaldo energético y
regulación de frecuencia para la generación
renovable
Tipos de plantas del SEN
• Generación base: Geotermia, gas natural, carbón.
• Generación forzada : Plantas eólicas, solares, plantas filo de agua, biomasa.
• Generación optimizable: generación hidroeléctrica con embalse y termoeléctrica.
Istmo Centroamericano – Potencia Instalada por país y fuente de energía 2014
Istmo Centroamericano - Generación Neta (GW-h) por país y fuente de energía 2014
Estudios De Penetración
Se requieren estudios de penetración de fuentes renovables para
determinar la máxima capacidad a instalar que no afecte la
seguridad del SEN Hay restricciones técnicas para crecimiento
de estas tecnologías.
La energía renovable no es necesariamente más económica
requiere respaldo de energía firme.
Metodología para definir la capacidad de
generación eólica que se puede instalar en el
SEN
• El estudio técnico comprende tres temas:
1. Impacto de la generación eólica para el cumplimiento
de los requisitos de regulación de frecuencia del SEN.
2. Disponibilidad de la reserva de regulación y de la
reserva fría.
3. Capacidad de transmisión del SEN para soportar la
instalación de más plantas de generación.
Metodología para definir la capacidad de
generación eólica que se puede instalar en el
SEN
Con base en registros históricos se clasificaron lasvariaciones de potencia:
en rápidas (0-10 minutos),
lentas (0-4 horas) y
muy lentas (0-48 horas o más)
Las variaciones rápidas de potencia, como las muylentas, se pueden atender con reservas deregulación primaria y secundaria en el primer caso yrealizando redespachos de generación en elsegundo caso.
Metodología para definir la capacidad de
generación eólica que se puede instalar en el
SEN
Al ampliar más la capacidad instalada de las plantaseólicas, las variaciones lentas de potencia (0-4 horascon razón de cambio de 0,20 p.u./hora o superior) sonlas que tienen el potencial de causar problemasoperativos al SEN (por su magnitud, tiempo deduración y frecuencia de ocurrencia).
Las variaciones lentas de potencia pueden afectar eldesempeño de la regulación secundaria del SEN(imposibilitando mantener el balance entre lageneración y la demanda eléctrica nacional) y puedenllevar a una condición de insuficiencia de recursospara atender la demanda eléctrica.
Una de las características de la generación eólica es la variabilidad de la
potencia eléctrica que entrega al sistema eléctrico, que es proporcional a
la velocidad del viento al cubo. Estas variaciones de potencia, se deben
compensar continuamente utilizando los sistemas de regulación de
potencia con que cuenta el SEN.
Variación negativa de generación eólica (-48 *
%/hora) registrada en la época seca
* Respecto a la capacidad instalada
Variación negativa de generación eólica ( -61*
%/hora) registrada en la época lluviosa
* Respecto a la capacidad instalada
Variación negativa de generación eólica
registrada en la época seca correlacionada con
Planta Amayo en Nicaragua
Se deben instalar plantas generadoras de otras
tecnologías, que brinden el respaldo necesario en los
periodos en que la generación eólica sea baja o nula.
I. Recursos para atender las variaciones de
potencia causadas por las plantas eólicas.
• Resultados obtenidos:
Resultados obtenidos con el análisis de optimización energética
de corto plazo para la época seca (a nivel diario).
I. Recursos para atender las variaciones de
potencia causadas por las plantas eólicas.
• Resultados obtenidos:
Resultados obtenidos con el análisis de optimización energética
de corto plazo para la época lluviosa (a nivel diario
Criterio para la atención de eventos de
variaciones lentas de potencia (negativas) de
la generación eólica.
La reserva fría de
respuesta rápida que
pueden aportar estas
plantas es de 168 MW del
2013-2015
Del 2016 a 2018 se contará
además con el aporte de
reserva rodante PH
Reventazón. La capacidad
disponible de generación de
respuesta rápida será de 221
MW.
Criterio para la atención de eventos de
variaciones lentas de potencia (negativas) de
la generación eólica.
Se determinó que en el periodo 2012-2015 la
capacidad instalada de generación eólica en
el SEN se puede incrementar hasta los 350
MW.
En el periodo 2016-2018 se puede
incrementar hasta los 460 MW.
Otros afectaciones a la regulación
También tenemos exceso de recursos de
generación no regulable en horas de baja
demanda en el invierno.
Esto obliga a sacar generación de filo de
agua y eólica, lo que refleja una sobre
instalación, la cual es mas evidente a partir
de 2016.
Una sobre instalación implica directamente
un sobre costo del Despacho.
Otros resultados del estudio de
penetración eólica
Las variaciones lentas de potencia (0-4 h)afectan el desempeño de la regulaciónsecundaria del SEN, balance entre lageneración y la demanda.
Es necesario limitar la generación de lasplantas que utilizan recursos renovablesdurante los periodos donde hay exceso deagua o viento y se compromete la regulacióndel SEN.
Problemas para regular el SEN cuando hay exceso de generación
eólica y filo de agua
25 de diciembre de 2012
Problemas para regular el SEN cuando hay exceso de
generación eólica y filo de agua
31 de enero de 2013
Otros resultados del estudio de penetración eólica
Las plantas eólicas futuras deben tener la capacidadde soportar huecos de tensión de hasta 250milisegundos.
Deben controlar factor de potencia en el punto deinterconexión con el SEN.
Deben soportar mayores velocidades de viento sindesconectarse.
Se requiere contar con buenos pronósticos de lavelocidad del viento en los parques eólicos paramejorar el predespacho
Requerimientos de transmisión
• La zona de mayorpotencial de vientose ubica en la zonanorte
• La conexión de unamayor cantidad degeneración eólica enesta zona implicarealizar inversionesimportantes entransmisión
Grado máximo de penetración solar en el
SEN
Estudios de penetración solar
Se determinó que hay falta de datos confiables de radiación solarcon tiempos de muestreo de 1 minuto como máximo.
Se cuenta con datos de la Planta Solar de Miravalles y másrecientemente de dos estaciones de radiación solar ubicadas enCañas (estación Sandillal) y Santa Cruz (estación Santa Rita).
Considerando la correlación entre los datos históricos de los tressitios, se estableció la capacidad máxima de penetración solar.
Los estudios deben actualizarse cuando se cuente con mayorCapacidad máxima de penetración solar:
Capacidad máxima de penetración solar:
Se determino que los problemas operativos están relacionados
con las variaciones rápidas de potencia, que ocurren en el ámbito
de los 0-10 minutos, con una característica aleatoria y con tasas
de variación de hasta un 66% de la capacidad instalada en
periodos de 10 minutos.
Dispersión geográfica de las plantas
solares
Con los registros históricos de las dos estaciones
de medición de radiación solar y el de la Planta
Solar Miravalles, se estableció que la correlación
lineal entre los meses de abril a junio de 2014 fue
alta (0,83 para Santa Rita y 0,87 para Sandillal,
con respecto a Miravalles).
Pero también se estableció que los datos
definitivamente no están correlacionados para
periodos de 10 minutos.
Dispersión geográfica de las plantas
solares A pesar de que el registro de datos históricos es escaso, se puede esperar que al
instalar plantas solares fotovoltaicas en lugares alejados geográficamente, las
variaciones en la radiación solar y por lo tanto de la potencia eléctrica generada en
cada sitio estén poco correlacionadas.
Así que se puede esperar que las variaciones en periodos de 10 minutos de la
potencia total de las plantas solares, sea porcentualmente menor que las variaciones
en periodos de 10 minutos de una planta individual.
Dispersión geográfica de las plantas
solaresEn la gráfica se muestra una estimación de la potencia total generada por 3
plantas solares fotovoltaicas de 20 MW, localizadas en Miravalles, Santa Rita y
Sandillal (estimada con base en los registros de radiación solar de la filmina
anterior). Claramente se atenúan las variaciones porcentuales de potencia
comparando contra una sola planta.
Cuantificación del respaldo energético y
regulación de frecuencia para la generación
renovable
El requerimiento de respaldo energético (RE) y
regulación de frecuencia (RF) en el SEN se origina
en:
1. Variabilidad de los recursos renovables durante
la operación en tiempo real
2. Variabilidad del factor de planta por tecnología
en las diferentes épocas del año
Clasificación de fuentes energéticas
producción 2013 - 2014
Con un 35% de las plantasse debe regular el 65% dela generación.
2014Con un 28% de las plantas sedebe regular el 72% de lageneración.
2013
Capacidad instalada El sistema aumentó un 15% con fuentes renovables mientras la
capacidad térmica se ha mantenido constante
Años secos dejan ver una generación renovable creciendo un 3%
Esta baja disponibilidad de agua se ha complementado con térmico
La utilización del térmico, sin aumentar la capacidad instalada, se
elevó un 67%, únicamente por razones hidrológicas.
0
2 500
5 000
7 500
10 000
12 500
0
500
1 000
1 500
2 000
2 500
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
*
GW
h
MW
Fuentes Renovables
Inst
Gen
0
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600
800
1 000
1 200
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300
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20
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*
GW
h
MW
Fuentes Térmicas
Inst
Gen
Regulación de frecuencia
Generación Eólica Total
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
12-jul-10
12:00:00
13-jul-10
00:00:00
13-jul-10
12:00:00
14-jul-10
00:00:00
14-jul-10
12:00:00
15-jul-10
00:00:00
15-jul-10
12:00:00
16-jul-10
00:00:00
MW
Respaldo energético
Metodología para la cuantificación y
reconocimiento del costo de:
Metodología RF
Metodología
Costo de la Reserva de Regulación de Frecuencia (CRRF)= Costo Operar con RF – Costo Operar sin RF
Pago de la reserva
de regulación de frecuen
Cálculo del costo y pago
del respaldo energético
Metodología de asignación del
costo del respaldo energético
• El costo del respaldo energético del sistema se
asigna en función del cumplimiento de un valor
objetivo de firmeza nacional que se calculó como
65%.
Resultados de aplicación de metodología
en año 2014 y periodo enero-mayo 2015
Resultado anual 2014
Porcentaje de participación del RE y RF
en el costo de producción
Conclusiones La energía no regulable del SEN requiere de energía firme
de respaldo para su funcionamiento (embalses y térmico).
Las producción máxima de las plantas eólicas y solares se daen época seca, por lo que representan un aporte importante.
Sin embargo, hay que considerar el costo del respaldo querequieren estas plantas, para que sean una opción para eldesarrollo.
Sólo instalando más plantas con embalse, geotérmicas ytérmicas de arranque rápido, se puede abrir espacio para unamayor participación de plantas eólicas, filo de agua y solares.
Se debe considerar la capacidad de transmisión.
Recomendaciones estudio de penetración solar
Los problemas operativos de las plantas solares están relacionadoscon las variaciones rápidas de potencia, que ocurren en el ámbitode los 0-10 minutos.
Se recomienda que la capacidad total de la generación solarfotovoltaica que se instale en el SEN no supere los 60 MW (paraque las variaciones de potencia sostenidas en periodos de 30minutos sean inferiores a 2/3 de la reserva mínima de regulaciónsecundaria del SEN).
La capacidad individual de las plantas de generación solarfotovoltaica no debe superar los 5 MW.
Los sitios de instalación deben estar localizados en diferenteszonas geográficas del país, pero donde la radiación solar sea alta ylas horas de brillo solar también sean
GRACIAS