Download - El futuro de las microrredes
Experiencias en Chile
Oscar Núñez Mata
Profesor
Universidad de Costa Rica
Diciembre 2012
CONTENIDO
1. Mercado Eléctrico Chileno – Historia, Actualidad,
Desafíos –
2. El DIE de la FCFM – Universidad de Chile –
3. Microrredes – El Futuro de la Red Eléctrica?? –
I. MERCADO ELÉCTRICO CHILENO – HISTORIA --
1851: Telégrafo Santiago – Valparaíso (100km).
1883: Se ilumina Plaza de Armas en Santiago con lámparas
incandescentes.
1897: Primera central hidroeléctrica, 500kVA, en Lota, al sur.
1897: Compañía Eléctrica de Punta Arenas (Magallanes).
1899: Central Térmica
a Carbón Mapocho en Santiago.
PERIODO ANTERIOR A 1935
Desarrollo privado.
1904: Primera ordenanza eléctrica.
1925: Primera Ley General de Servicios Eléctricos.
1931: Segunda Ley (Regula 15% de utilidad).
1933: Crisis Mundial
(Se limita el desarrollo eléctrico).
1935-1940: Instituto de Ingenieros y CORFO
Desabastecimiento por la Crisis.
1939: Política eléctrica definida por CORFO, gracias a un
estudio del I.I.
1939-1942: Plan de acción inmediata
1945: Creación de ENDESA.
ENDESA desarrolla plan en 3 etapas:
1: Refuerzos regionales.
2: Interconexiones.
3: Grandes proyectos.
1969-1985: GRANDES PROYECTOS
Rapel – H- 350.
Bocamina – T – 100.
El Toro – H – 400.
Antuco – H – 300.
Colbún – H – 490 (Último desarrollo).
1985-1995: PRIVATIZACIÓN
Descentralización.
Desconcentración.
Privatización:
Capitalismo Popular.
Cías. Distribuidores Locales.
Generadoras privadas por cada planta.
Generación-Transmisión.
1995-2005: CONSOLIDACIÓN Y AJUSTES
Cambio Tecnológico.
Fuerte competencia y bajos precios.
Sobreoferta Sistema Norte Grande (SING).
Globalización y Reconcentración.
Desabastecimiento 1999.
Huelga inversiones de los actores privados por diferendo con el
gobierno: Sub oferta Sistema Central (SIC).
Crisis del Gas Argentino (2004).
1995-2005
Reacciones de la crisis del gas.
Desajuste Oferta-Demanda.
Riesgo racionamiento.
Inversión Carbón y Diesel.
Alza de Precios (Uno de los más altos de Latinoamérica).
SIC y SING
En el SIC: 500kV, 154kV, 110kV y 66 kV.
Deterioro de infraestructura
Manejo empresarial ineficiente
Altas tasas de crecimiento,
Tarifas elevadas, subsidios
Crisis política
económica
? Servicio
Pobre Restricciones financieras
Nueva Organización
de la Industria
CREACION DE MERCADO COMPETITIVO
MOTIVOS CREACIÓN MERCADOS COMPETITIVOS 1.1 Origen de los mercados eléctricos (I)
1. Introducción
Pérdidas T
Tiene validez
universal este
análisis?
1982 1987 1989
Chile Nueva-
Zelandia
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
Inglaterra
Unión
Europea
Noruega,
Australia
Argen-
tina
Perú
Colombia,
Bolivia
Centro
América
Unión Europea
mercado común ,
USA (FERC)
Suecia,
Finlandia,
Dinamarca
. . ...
2000
1.1 Origen de los mercados eléctricos (III)
1. Introducción
2005
Regulador
Nueva-
Zelandia
CRONOLOGÍA SISTEMAS COMPETITIVOS
1992
1994
1993
1991
1991
1999
>1992
1987
1996
1995
1994
1994 1995
1995
EU
1995 1989
1996
1995 1998
1982
Mercados con Estructuras
Competitivos Mercados Competitivos en
Desarrollo
Proposiciones Concretas de
Reestructuración
1.1 Origen de los mercados eléctricos (IV)
1. Introducción
PANORAMA MUNDIAL
Procesos de Toma de
Decisiones
Centralizadas
Toma de Decisiones por
Múltiples Agentes del Mercado
Sector Integrado
Verticalmente
Desintegración Vertical:
Generación, Transmisión,
Distribución
Areas de
Concesión
Cerradas
Acceso Libre de Redes
a Terceros
1. Introducción
1.1 Origen de los mercados eléctricos (VII) CAMBIO DE PARADIGMA
Paradigma: Direcciona el pensamiento y excluye cualquier protesta.
Generación
Transporte
Distribución
Integración Vertical
IPP
Competencia
Competencia
Broker
Oferta de Servicios
Broker
Consumidor
Generación
Transporte
Distribución
Desintegración Vertical
Consumidor Consumidor Consumidor
1. Introducción
1.1 Origen de los mercados eléctricos (VIII) DESINTEGRACIÓN VERTICAL
Presente
Costos
Areas Integradas Verticalmente
Minimización de Costos
Solución matemática clara
Cobertura de costos
Monopolio
Producto Uniforme
Precios Medios
Subsidios
Obligación de servicio
Futuro
Precios
Desintegración: Generación, Transporte, Distribución
Maximización de Beneficios
Estrategias de negocios diversas
Precio de mercado resultante de competencia
Competencia
Diversificación del producto
Precios flexibles, ofertas de corto plazo
Inexistencia de Subsidios
Desprendimiento económico de carga
1. Introducción
1.3 Tendencias a nivel internacional (VII) TENDENCIAS DEL SECTOR
• Mercado Diario/Intradiario
• Mercado Intradiario de
Servicios
Complementarios,
• Mercado de Contratos
Bilaterales,
• Mercado de Instrumentos
Financieros para la
Cobertura de Riesgos
• Mercado Minorista
Tipos de Mercado
Productos Eléctricos
• Potencia
• Energía
• Servicios Complementarios
Posibilitar la Existencia no
Discriminatoria de estos Mercados
Rol de los Sistemas de Transmisión
1.4 Productos y tipos de mercados (I)
1. Introducción
MODELOS DE MERCADOS
Control
De
Frecuencia
Operación
de la
Red
Medición
Administración
Servicios
Complementarios
Dispositivos de
compensación
Definición de niveles
de tensión
Reserva
de giro
Standby Arranque rápido
Standby Arranque lento
Provista por
generadores
Control
de
Voltaje
Compensación
de
Pérdidas
Reserva
de potencia de los
Generadores
Capacidad de
arranque en
Negro
• Potencia Reactiva
• Regulación de Frecuencia
• Reserva en Giro
• Reserva Operativa
• Reserva fría
• Capacidad de Almacenamiento
1.4 Productos y tipos de mercados (II)
1. Introducción
SERVICIOS COMPLEMENTARIOS
Consumo
horas
1P 2P ngP. . .
DP
• Pi: Potencia instalada MW
• ai: Costo de inversión + COYM $/MW
• bi: Costos de operación variable $/MWh
2.3 Modelo marginalista en el sector eléctrico (I)
2. Conceptos Económicos
TEORIA MARGINALISTA
Consumo
horas
1 1 1
Fun. Objetivo
NG NG NB
i i i ij j
i i j
Z a P b G N
jD
• Pi: Potencia instalada MW
• ai: Costo de inversión + COYM $/MW
• bi: Costos de operación variable $/MWh
jN
Inversión Operación
2.3 Modelo marginalista en el sector eléctrico (II)
2. Conceptos Económicos
TEORIA MARGINALISTA
RECAUDACIÓN TEORIA MARGINALISTA
1 1 1
NG NG NB
i ii ij j
i i j
Min Z a b NP G
1
1
Dmax
0
0,
NG
i
NG
i
ij
i ij
i i
j j
j
j
i
P
G
P G
P G
N D N
s.a: o
j
wVariables Duales
Inversión Operación Recaudación Teoría
Marginalista
1 1 1 1
* * * *Dmax i ij o j
NG NG NB NB
i i j j j
i i j j
a P Gb N D N
COSTO MARGINAL
COSTO MARGINAL: COSTO DE UN kW ADICIONAL.
ORGANIZACIÓN DEL MERCADO
INTERCAMBIOS
Mercado Eléctrico 2011-Generacion Bruta
SING Cap. Instalada: 4.344 MW
Demanda Max.: 2.162 MW
Generación : 15,9 TWh
G.Térmica: 100%
Población: 6%
SIC Cap. Instalada: 12.488 MW
Demanda Max.: 6.881 MW
Generación : 46,1 TWh
G. Hidro: 45% - 65%
Población: 92%
Aysén Cap. Instalada: 49 MW
D Max.: 20 MW
Generación: 134 GWh
Población: 1%
Magallanes Cap. Instalada: 89 MW
Demanda Máx.: 40 MW
Generación: 269 GWh
Población: 1%
H. Embalse 20,8% H. Pasada
Convencional 11,5%
Gas Natural 22,9%
Carbón 34,7%
Derivados 7,1%
Bioenergía 1,5%
Eólica 0,5%
Hídrica 0,9%
ERNC 2,9%
Título del gráfico
Total Generación Bruta: 62 TWh
Fuente: CNE, CDEC y CER
Potencia Instalada : 17 GW
Mercado Eléctrico– Precios SING-SIC
Fuente: CNE,CER
Mercado Eléctrico
Cuánta energía necesita… y ¿a qué costo?
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Generación Eléctrica vs PIB (per cápita)
PIB per cápita Generación Bruta (SIC)
Nota: Base 1993 = 100 / Fuente: Estadística de generación del CDEC – SIC y Base de datos del Banco Mundial
GENERACIÓN ELÉCTRICA Y PIB EN CHILE
RELACIÓN HISTÓRICA
ESTRATEGIA 2012-2030
Seis pilares fundamentales :
1. Eficiencia energética 2. Despegue de las energias renovables 3. Mayor preponderancia del recurso
hídrico 4. Carretera eléctrica publica 5. Asegurar mayor competitividad 6. Interconexión Regional
PROYECTO HIDROAYSEN: PATAGONIA CHILENA
HidroAysén es un polémico proyecto que contempla la construcción y
operación de cinco centrales hidroeléctricas, dos en el río Baker y tres
en el río Pascua, ubicadas en la región de Aysén, en el sur de Chile.
El complejo requiere una inversión de unos US$ 3.200 millones,
constituyéndose como el proyecto energético más importante que se
haya estudiado en ese país hasta la fecha.
Según la empresa responsable, al año 2020, el proyecto podría cubrir el
21% de la demanda del Sistema Interconectado Central (SIC).
La construcción del proyecto contempla una línea de transmisión que
transportará la energía desde la región de Aysén hasta Santiago, para
ser inyectada al SIC mediante una línea de corriente continua que
posee un tramo submarino entre las comunas de Chaitén y Puerto
Montt.
La administración de Hidroaysén está a cargo de una sociedad
anónima constituida por: ENDESA y Colbún S.A. (51% y 49%)
Ambas empresas pasarán a concentrar el 80% de la generación
eléctrica del país, estableciendo un duopolio del mercado de energía
eléctrica de Chile.
PROYECTO HIDROAYSÉN
ANTECEDENTES GENERALES
5 CENTRALES
POTENCIA INSTALADA
2.750 MW
ENERGÍA MEDIA ANUAL
18.430 GWh
BAKER 1 BAKER 2 PASCUA 1 PASCUA 2.1 PASCUA 2.2
PROYECTO HIDROAYSÉN
ANTECEDENTES GENERALES
CHILE
REGIÓN DE AYSÉN
CONFLICTOS SOCIALES
El proyecto fue aprobado el 9 de mayo de 2011 por autoridades del Gobierno de
Sebastián Piñera.
La decisión fue tomada por 11 consejeros, de los cuales 10 fueron votos a favor y sólo
1 fue abstención.
Dicha decisión fue repudiada por un elevado porcentaje de la ciudadanía chilena.
Diversas huelgas se desarrollaron en todo el país luego de conocerse la noticia.
Los principales detractores esperan iniciar acciones legales en contra del proyecto, y
han asegurado que se masificarán las protestas organizadas.
En abril de 2011, el proyecto HidroAysén ya contaba con un rechazo creciente del 61%
por parte de la ciudadanía, a pesar de la enorme campaña publicitaria que han realizado
los responsables para revertir.
El 4 de abril de 2012 la Corte Suprema de Chile falló a favor del proyecto de centrales
hidroeléctricas, desestimando los recursos presentados por grupos ambientalistas.
II. DEI – U DE CHILE
• La universidad se funda en 1842.
• El Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile fue creado en 1957
cuando la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas fundó, en conjunto con ENDESA, el
Instituto de Investigaciones y Ensayos Eléctricos (IIEE).
• Dicho Instituto quedó constituido, en ese entonces, por el Laboratorio de Alta Tensión, el
Laboratorio de Electrotecnia y el Laboratorio de Electrónica y Telecomunicaciones. Tres años
más tarde se agregaría el Laboratorio de Computadores y Control Automático.
• En 1965 el IIEE se transformó en el Departamento de Electricidad y en 1981, tomó su
nombre y estructura actual.
PROYECTOS Y ACTIVIDADES: CENTRO ENERGÍA
Se funda en 2009.
Desarrollar investigación en temas energéticos.
En él también participarán alumnos de pregrado, magíster y
doctorado.
Instituciones gestoras: El Centro de Modelamiento Matemático
; el Departamento de Ingeniería Eléctrica y el Instituto Milenio
Sistemas Complejos de Ingeniería.
PROYECTOS Y ACTIVIDADES: AUTO SOLAR EOLIAN 2006
Se construye el primer auto solar chileno.
29 alumnos (estudiantes de ingeniería y diseño industrial)
>200MM$ pesos chilenos (universidad, empresa y particulares)
Primer auto latinoamericano en competir : World Solar Challenge
14/23
PROYECTOS Y ACTIVIDADES EOLIAN 2010-2011
Nuevo equipo: 40 (estudiantes de ingeniería y diseño industrial)
Participación en Atacama Solar Challenge y World Solar Challenge
~230 MM$ (universidad, empresas, particulares)
Único auto solar latinoamericano participando en Australia
Chile: 2/2
Australia: 22/42
PROYECTOS Y ACTIVIDADES: 2011
Veolia World Solar Challenge.
3024 [km]
•Largo máximo: 5 metros.
•Altura mínima: 70 centímetros.
•Ancho máximo: 1.8 metros.
•Seguridad: baterías aisladas del piloto, barra antivuelco, doble sistema
•de freno, apagado de emergencia del sistema eléctrico, etc.
•Velocidad mínima: 50 [km/hr)
•Radio de giro mínimo: 8 metros.
PROYECTOS Y ACTIVIDADES: EOLIAN
PRUEBAS DE LABORATORIO
EMPLAZAMIENTO
• Grandes Unidades de Generación aportando
energía a las redes de transporte.
• Configuración de la red en una única dirección.
III. MICRORREDES
Situación actual de la red
SITUACIÓN ACTUAL
PROPÓSITOS
• Mejora en la administración de la red.
• Economías de escala.
Desarrollo de las Microrredes
Este proceso sólo se lo pueden permitir grandes consorcios energéticos mundiales, bajo una
estrecha relación con los gobiernos, y viceversa.
Las materias primas de las energías
fósiles y nucleares se encuentran
diseminadas por el planeta, concentradas
en el sub suelo: Carbón, uranio,
petróleo, gas natural.
Son transportadas por largos trayectos hasta los centros de
transformación y luego a los
consumidores.
Desacoplamiento de los espacios de:
Extracción-Transformación-
Consumo.
DEFENSORES DEL MODELO
Un movimiento está en marcha,
hacia Red Eléctrica:
• Más limpia.
• Más eficiente.
Un Nuevo Concepto de
distribución de Energía toma
forma:
• Pequeño.
• Localmente generado.
Microrredes:
• Es básicamente un Ecosistema
Eléctrico auto-contenido.
• Ideales para la integración de fuentes
renovables.
MICRORRED
• Una microrred es un sistema integrado de suministro de energía que consiste en cargas, fuentes
de generación distribuidas y equipos de almacenamiento que funcionando como un sistema
integrado pueden operar conectados al sistema eléctrico o de manera aislada.
• La generación existente en la microrred es capaz de suministrar energía a una parte significativa
de la demanda interna, incluso en situación aislada.
• La microrred posee control independiente y puede pasar a la situación de isla mediante una
interrupción mínima del servicio.
MICRORRED
Definición de Microrred
MICRORRED
Definición de Microrred de CERTS
• Concepto de Microrred de CERTS (Consortium for Electric
Reliability Technology Solutions de EE.UU.): Una agregación de
cargas y pequeñas fuentes generadoras operando como un único
sistema de potencia y calor .
•Recurso de Generación Distribuida (DER del inglés Distributed
Energy Resources), definido como pequeños generadores de
potencia emplazados en los mismos lugares de los usuarios finales,
donde la energía, tanto eléctrica como térmica, es consumida.
Comparadas con la red eléctrica tradicional las Microrredes
pueden traer muchos beneficios, dependen del punto de vista
que se analice:
• Según el sistema eléctrico: La toma como una sola entidad
controlada, la cual se combina con una interface a base de
electrónica de potencia, lo que la hace una entidad auto
suficiente, que incluye control, comunicaciones y protecciones
autónomas.
• Según los usuarios: El mayor beneficio es aumentar los niveles
de confiabilidad y seguridad.
• Desde el punto de vista ambiental: El aporte es reducir las
emisiones contaminantes, debido a que facilitan la introducción
de energía renovable.
VENTAJAS
DESAFIOS
Estabilidad: Carga ≈ Cap. Generadora y E.
Almacenada.
Generadores con poca inercia: Respuesta
dinámica lenta (Ante cambios de carga).
Diseño, ej.: CA vs. CD.
Coordinación de protecciones.
Operación junto a la Red.
Selección y control
fuentes de potencia: Off grid.
• Costos son significativos.
• Herramientas para Planificación Optima.
• Desarrollo de EMS (del inglés Energy
Management System) automáticos.
• Variabilidad presente de los recursos
renovables.
• Aspectos sociales necesitan ser
considerados, en especial Manejo de Carga
y O&M.
DESAFIOS
DESAFIOS
• Barreras regulatorias (Políticas, modelos de propiedad, nivel de tensión, legalidad, ambientales, territoriales, tarifas, interconexión, interacción con clientes/usuarios).
• Estrategias de control con gran cantidad de pequeñas y dispersas unidades de generación.
• Reacción ante condiciones anormales de la Compañía Eléctrica.
• Despacho económico.
• Arquitectura.
• Operación autónoma.
• Control de Potencia y Frecuencia.
• Caída de Potencia vs. Frecuencia.
• Operación inestable cuando fallen componentes almacenadores de energía.
• Alta relación Resistencia/Reactancia en sistemas bajo voltaje (Control de Voltaje y frecuencia no se puede separar).
• Análisis de Confiabilidad.
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO
Descripción de la solución en Huatacondo, Desierto de Atacama.
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO – OPERACIÓN --
La curva de color anaranjado identificada con la sigla Pd corresponde a la potencia
activa inyectada por el generador diesel.
Las curvas granate (Ps) y verde (Pi) corresponden a la potencia activa inyectada por la
planta fotovoltaica 1 y el inversor respectivamente. A partir de las curvas anteriores, se
obtiene la potencia consumida por el pueblo durante el período (curva color violeta
identificada por Pc.
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO
MICRORRED: ESTUDIO DE CASO
RESULTADO: 24 HRS DE ELECTRICIDAD (Antes 8hrs)
GRACIAS!!!!