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“IEEE Day”Technical Chat “Smart Grid”
Conferencia Virtual
Conferencia Virtualoctubre 8, 2010
Redes Eléctricas Inteligentes
Dr. Héctor Sarmiento UruchurtuSenior MemberDr. Rolando Nieva Gómez
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R9 TAC / october 8, 20102 IEEE Day
Agenda
1. Antecedentes2. ¿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?
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R9 TAC / october 8, 20103 IEEE Day
AntecedentesSe 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
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R9 TAC / october 8, 20104 IEEE Day
Características del entorno actual
Incremento en la demanda
Grandes distancias entre generación y demanda
Infraestructura eléctrica con 30-40 años (50% de la capacidad de generación en países miembros de la OCDE)
Atención al medio ambiente
Incremento en apagones desde 1996
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R9 TAC / october 8, 20105 IEEE Day
Agenda
1. Antecedentes2. ¿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?
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R9 TAC / october 8, 20106 IEEE Day
Sistema Eléctrico del Futuro
6
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
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R9 TAC / october 8, 20107 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 20108 IEEE DayFuente: European Commission for Smart Grids
Parques Eólicos en el Mar y Generación Mareomotriz
Nuclear
Energía Termo-Solar
BiogasCalor y Energía
HidrógenoCalor y Energía
Infraestructura Hidrógeno
Vehículos Hidrógeno
Vehículos Eléctricos
Tren Eléctrico y Transporte Publico
Producción con IGCC
Captación y Almacenamiento del Carbón
Generación Eólica
Almacenamiento Hidráulico
Electricidad Hidroeléctrica y Geotérmica
Fotovoltaico
CalefacciónSolar
Red Inteligente
Red Futura 2060
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R9 TAC / october 8, 20109 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201010 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201011 IEEE Day
Agenda
1. Antecedentes2. ¿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?
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R9 TAC / october 8, 201012 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201013 IEEE Day
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.
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R9 TAC / october 8, 201014 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201015 IEEE Day
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)
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R9 TAC / october 8, 201016 IEEE Day
Futuro control de energía en casa
Internet (Cliente, servicio)
Medidor
Electrodomésticos
Red Eléctrica
Internet (Administrador de red, medidor, servicio)
Controlador de Administrador de
Energía
Portal en Web
Pantalla con indicadores en
tiempo real
Control de AA
Contacto Inteligente
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R9 TAC / october 8, 201017 IEEE Day
Red actual Vs RI
Actualmente Red InteligenteUsuarios no están informados y no participan
Usuarios activos, con fuentes distribuidas y respuesta a la demanda
Generación centralizada Fuentes distribuidas renovables, almacenamiento de energía
Enfoque en fallas de equipo, respuesta lenta
Opciones calidad/precio, respuesta rápida
Prevención de daños postfalla Detección y respuesta automática ante disturbios
Vulnerable a desastres naturales y ataques
Capacidad de reconfiguración y restauración rápida
No existe administración de la demanda
Respuesta a la demanda de acuerdo a precios de la energía
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R9 TAC / october 8, 201018 IEEE Day
Agenda
1. Antecedentes2. ¿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?
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R9 TAC / october 8, 201019 IEEE Day
Demanda Típica Diaria en la Zona Metropolitana del Distrito Federal, México
0
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7 00
:00:
00
DEM
ANDA
[MW
]...
TIEMPO [MINUTOS]...
DEMANDA DEL AREA CENTRAL DEL DIA 13 DE DICIEMBRE DE 2007
8525 MW 19:30 horas
4225.3 MW 03:35 horas
Fuente: Centro Nacional de Control de Energía - CFE
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R9 TAC / october 8, 201020 IEEE Day
BeneficiosConsumidor (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
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R9 TAC / october 8, 201021 IEEE Day
BeneficiosEmpresa de servicio público:
21
– 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
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R9 TAC / october 8, 201022 IEEE Day
BeneficiosEmpresa 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
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R9 TAC / october 8, 201023 IEEE Day
BeneficiosEmpresa 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
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R9 TAC / october 8, 201024 IEEE Day
Agenda
1. Antecedentes2. ¿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?
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R9 TAC / october 8, 201025 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201026 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201027 IEEE Day
b) Componentes avanzadosMejorar 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 dela energía y eficiencia
Lograr menor impacto ambiental y diagnósticos mejorados en tiempo real.
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R9 TAC / october 8, 201028 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201029 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201030 IEEE Day
Agenda
1. Antecedentes2. ¿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
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R9 TAC / october 8, 201031 IEEE Day
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 generarábeneficios adicionales y reactivará la economía
Iniciativas:
– (Comunidad Europea) SmartGrids EuropeanTechnology Platform for Electricity Networks
– (Estados Unidos de América) American Recoveryand Reinvestment Act of 2009
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R9 TAC / october 8, 201032 IEEE Day
Proyecto Telegestore (ENEL, ITA 200-2005)
Sistema de equipos electrónicos consistente en:Medición, transmisión de datos (33M de medidores)Concentradores de información en cada subestación de distribuciónSistema Central para administración del proceso (350 mil)Costo de la primera etapa (2,100 M€, recuperados en 4 años)
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R9 TAC / october 8, 201033 IEEE Day
Telegestore – Características
Lectura remota del consumo
Estructura multi-tarifaria
Cambio remoto de aspectos contractuales
Desconexión remota
Monitorea la calidad del servicio
Detección de fraudes
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R9 TAC / october 8, 201034 IEEE Day
Circuito AVANTI (Southern California-Edison2009-2012)
SCADA, FACTS, Medición Fasorial,
Conductores Avanzados, Esquemas
Correctivos Centralizados
Subestación Automatizada
Distribución Automatizada
Circuito de Distribución del Futuro
Medición AvanzadaRespuesta a la Demanday Fuentes Distribuidas
Generación
Usuario
Distribución
Transmisión y Sub-Transmisión
SCADA, FACTS, Medición Fasorial,
Conductores Avanzados, Esquemas
Correctivos Centralizados
SCADA, FACTS, Medición Fasorial,
Conductores Avanzados, Esquemas
Correctivos Centralizados
Subestación AutomatizadaSubestación Automatizada
Distribución Automatizada
Circuito de Distribución del Futuro
Distribución Automatizada
Circuito de Distribución del Futuro
Medición AvanzadaRespuesta a la Demanday Fuentes Distribuidas
Medición AvanzadaRespuesta a la Demanday Fuentes Distribuidas
Generación
Usuario
Distribución
Transmisión y Sub-Transmisión
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
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R9 TAC / october 8, 201035 IEEE Day
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 asíoptimizar su capacidad de conducción
Tecnología FACTS para control flexible del suministro de potencia reactiva
Otros proyectos demostrativos para aprender (micro-redes)
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R9 TAC / october 8, 201036 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201037 IEEE Day
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
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R9 TAC / october 8, 201038 IEEE Day
Fin de la presentación
Gracias por su atención …