mejoramiento continuo de los procesos vinculados a la ... · 3. modelos de co-optimización del...

Universidad de Chile - 1

Rodrigo Moreno*Vincenzo Bassi

Carlos Toro Sebastián Püschel

Francisco Martínez-Conde Eduardo Pereira

Mejoramiento continuo de los procesos vinculados a la operación

segura y económica del SING

25 Julio 2016


• Objetivo General:

“El objetivo del estudio es realizar un diagnóstico y propuestaque analice las eventuales brechas entre las prácticas degestión para una (A) operación segura y (B) económica en unsistema moderno y aquellas actualmente en aplicación en elCDEC-SING.”

Objetivos

• Objetivos Específicos:

1. Investigación de las prácticas internacionales.

2. Diagnóstico de la situación nacional en materia deoperación segura y económica.

3. Desarrollo de un listado de metas y plan de acción /roadmap para conducir a los sistemas nacionales acumplir con las normas y buenas prácticasinternacionales.


Contexto internacional (1/3): Desde SEP-C

3

Generación

Transmisión

Distribución

• Desde sistemas convencionales hacia sistemasrenovables inteligentes


4

Control

Control

Contexto internacional (2/3): Hacia Smart Grid

SPS

SPS


Transmisión

Subtransmisión

Distribución AV

Distribución MV

Distribución BV

Dem

an

da

Pa

siv

a

Generación

Convencional

Transmisión (FACTS,

QB, HVDC, SPS)

Subtransmisión

Distribución AV

Distribución BV

Generación

Low-Carbon

PRESENTE FUTURO

Estándares

Tecnologías

Modelos

Mercados

DG

100 MW

DG

10 MW

DG

<1 MW

Almacenaje

μGen

Smart

App.

Veh

Elec.

Demanda Activa

Mercado de

carbonoMercado de

combustiblesSector de

calor y

refrigeración

Sector de

transporte

ER

100 MW

Avances

necesarios

Distribución MV

Inte

rna

cio

na

l

5

Contexto internacional (3/3): Cambio de paradigma


• La futura interconexión de los sistemas de transmisión y la creación de un nuevo organismo coordinador independiente del sistema eléctrico nacional presenta oportunidades:

Mejora de la eficiencia económica y de la confiabilidad

Optimización global de los recursos existentes de Arica a Chiloé

• … y también desafíos:

Mantener estándares de seguridad y continuidad de suministro en un sistema particularmente largo.

Contexto nacional (adicional a lo anterior)


2. Seguridad de suministro y estándares (internacional)

3. Tecnologías avanzadas y prácticas asociadas (internacional)

4. Modelos matemáticos y prácticas asociadas (internacional)

5. Experiencia latinoamericana

6. Seguridad de suministro y estándares (nacional)

7. Tecnologías avanzadas y prácticas asociadas (nacional)

8. Modelos matemáticos y prácticas asociadas (nacional)

9. Efecto de las ERNC en requerimientos de reservas y unidades de partida rápida

Anexo con encuestas (10) a CDECs, coordinados y autoridades

(informe completo contiene 350 pp. aprox.)

Líneas de análisis (capítulos)

Página CDEC-SING -> Informes y Estudios -> Otros Informes


Seguridad de suministro y estándares (internacional)

1. Estándares de seguridad en sistemas eléctricos, ventajas ydesventajas.• Determinísticos N-k (experiencia internacional de inclina por esta

práctica)

• Probabilísticos (estado del arte se inclina por esta práctica – necesidadde tener una implementación consistente a nivel regulatorio/mercado)

2. Experiencia internacional: los estándares de seguridad (en sumayoría determinísticos) también van acompañados de unmarco regulatorio más completo que establece:• Incentivos (y/o penalidades) a las mejoras de los índices utilizados para

medir la seguridad de suministro (e.g. SAIFI, SAIDI, ENS).

• Diseño de mercado de servicios complementarios acorde


1. Sistemas PSS con lectura de señales remotas (no locales) mediante PMU

2. Evaluación dinámica de la seguridad de suministro (DSA) mediante simulación online en varios operadores eléctricos en Latinoamérica, Norte América, Europa y Asia

3. Uso de tecnología de comunicación (ICT) para aumentar los niveles de confiabilidad de la red eléctrica en el Reino Unido

4. Uso de esquemas de protección especial (SPS), incluyendo tecnología adaptativa y uso de control post-falla de redes híbridas AC/HVDC

5. Uso de equipos FACTS con posibilidad de realizar ajuste de impedancias en modo correctivo

6. Uso de cálculo dinámico de capacidad de línea (DLR) para aumentar las transferencias por el sistema de transmisión, haciendo un mejor uso de la infraestructura de red existente

7. Implementación de AGC, almacenamiento y despacho de la demanda para aprovechar de mejor manera los recursos flexibles del sistema y así evitar cortes de generación renovable y realizar una operación más segura y económica

Tecnologías avanzadas y prácticas (internacional)


1. Modelos probabilísticos para la determinación de reserva

2. Modelos de localización de las reservas y áreas de control

3. Modelos de co-optimización del despacho de energía y reserva

4. Modelos de pronóstico de generación ERNC

5. Modelos de co-optimización electricidad-gas

6. Diseño de mercado acorde a las nuevas necesidades de flexibilidad

7. Uso de agentes agregadores o virtual power plants

Modelos matemáticos y prácticas (internacional)


1. Estándares de seguridad en operación y planificación del sistema eléctrico mexicano

2. Mecanismos de manejo de reservas operativas en el sistema eléctrico uruguayo, que presenta niveles importantes de generación renovable

3. Mecanismo de virtual gas storage utilizado en Brasil para el manejo eficiente del gas natural licuado (GNL) que permite enfrentar incertidumbre hidrológica

4. Mecanismos para la gestión (y pagos asociados al) del gas natural en Perú

5. Manejo hidrotérmico en Colombia: Uso de series hidrológicas sintéticas y mecanismo de cargo por confiabilidad

Experiencia latinoamericana


• Tenemos la intuición que la confiabilidad es insuficiente…

• Pero es bueno reafirmar la intuición con evidencia cuantitativa:

Experiencia nacional (1/2)


• Y además:

Experiencia nacional (2/2)

País Seguridad en operación Seguridad en planificación

ChileN – 1 con relajación probabilística-

económicaN – 1 con relajación probabilística-

económica

Nueva ZelandaN - 1 en el sistema central

N - k en sistema económico con k obtenido según CBA

N - 1 en el sistema centralN - k en sistema económico con k

obtenido según CBAGran Bretaña N – 2 N – 2

EEUU N - 1N – 1 – 1 (considerando una salida

planeada)

FranciaN – 1

N – 2 para doble circuitoN – 1

N – 2 para doble circuitoEspaña N – 2 N – 2Irlanda N – 1 N – 1Bélgica N – 2 N – 2Japón N – 1 y N – 2 (en algunas regiones) N – 1 y N – 2 (en algunas regiones)

BrasilN – 1 con relajación probabilística-

económicaN – 1


Seguridad de suministro y estándares (1/2)

• Contar con un criterio N-1 estricto con contribución contractual dela demanda en una base probabilística, armonizando la prácticaactual con la creación de un mercado de SSCC acorde. Aplica a Gx yTx

• Contar con una protocolización del proceso de toma de decisionesestratégicas de operación y planificación en términos de laseguridad de suministro (con el fin de minimizar ambigüedades,e.g. decisión de niveles de redundancia en corredores críticos enoperación e inversión), integrando en el proceso de decisión a otrosactores claves como el regulador


Seguridad de suministro y estándares (2/2)

• Contar con un informe público de monitoreo de las actividades deoperación, que analice fallas e incluya recomendaciones a variosactores, incluyendo cambios en las prácticas de operación y diseño,e incluso cambios regulatorios

• Contar con un sistema eléctrico nacional robusto y resiliente frentea situaciones de emergencia y catástrofes naturales, estableciendonuevas prácticas, estándares e institucionalidad (que pueden ir másallá del mero ámbito eléctrico).


Tecnologías avanzadas y prácticas asociadas (1/2)

• Contar con la evaluación de los beneficios de cada una de lastecnologías de redes inteligentes (incluyendo tecnología eléctrica –tales como FACTS, BESS, SPS, DLR– y de comunicación) en conjuntocon una estimación de sus costos de inversión, ambos para distintosniveles de penetración (y determinando los grados de sustitucióncon la infraestructura primaria de red, i.e. inversiones en líneas ytransformadores). Esto incluye tecnologías tanto en la red eléctricacomo en las salas de control y en las redes de comunicación

• Contar con tecnologías (y un diseño de mercado) que permitandespachar y controlar la demanda flexible presente en el sistema


• Contar con una plataforma tecnológica (de hardware y software)que permita evaluar la estabilidad y seguridad de suministro entiempo real (DSA por su sigla en inglés) y así tomar las acciones dere-despacho necesarias para resguardar la seguridad de suministro

• Contar con un nivel eficiente de penetración de portafoliostecnológicos (incluyendo un amplio espectro de tecnologías en lacategoría de las redes inteligentes) instalados en el sistema, acordea sus necesidades de flexibilidad y al nivel de generación renovable

• Contar con un nivel de integración tanto en la planificación comoen la operación de la infraestructura eléctrica y decomunicaciones, con una visión multi-sistémica de manera decontar con un monitoreo y control adecuado para las necesidades afuturo

Tecnologías avanzadas y prácticas asociadas (2/2)


Modelos matemáticos y prácticas asociadas (1/2)

• Contar con modelos avanzados, desarrollados ya seainternacionalmente o nacionalmente. Los modelos utilizados debendemostrar claras ventajas sobre las alternativas existentes, con laposibilidad de protocolizar el proceso de selección. Estos modelosdeben ser capaces de: determinar volúmenes y localización de la reserva mediante modelos

probabilísticos, co-optimizando la producción de energía y reserva

coordinar varias decisiones de potencia activa y reactiva (modelos AC OPF);despacho de unidades de generación y equipos de red; operación deelectricidad y gas

reconocer el efecto de la presencia de varias tecnologías flexibles (FACTS,SPS, BESS, etc.) en las decisiones de despacho económico, al igual que en lasacciones correctivas ante fallas

pronosticar generación ERNC (solar, eólica, mini-hidro, etc.) con una visiónsistémica a cargo del operador del sistema


Modelos matemáticos y prácticas asociadas (2/2)

• Contar con etapas intra-diarias en la determinación de reservascon el fin de reducir los errores de pronóstico

• Contar con criterios armonizados de reserva entre los sistemas SICy SING que aseguren suficiente reserva en generación con criterioN-1 (considerando la contribución contractual de la demanda)

• Contar con un diseño de mercados de SSCC con fundamentos bienreconocidos y justificados acorde a los avances de las mejoresprácticas y el estado del arte, incluyendo servicios de flexibilidad

• Contar con una gestión eficiente que permita agregar variosagentes distribuidos a lo largo del sistema (como generación,demanda, almacenamiento, etc., incluyendo varios niveles devoltaje, incluso distribución) en plantas virtuales, facilitando lalabor del CDEC en un sistema que se vuelve cada vez más complejoy atomizado


El desafío es muy grande!!

ISO Annual Budget (US $mn)

Staff Peak Demand (MW)

CAISO (US) 195 572 57 000

ERCOT (US) 176 670 65 700

MISO (US) 273 782 137 000

NYISO (US) 119 452 33 000

PJM (US) 252 725 167 000

SPP (US) 76 476 50 000

[1] Regresiones lineales: Budget[$mn] = 0,0012 x D[MW] + 81,102 y Staff[# per] = 0,0021 x D[MW] + 430,29.

mejoramiento continuo de los procesos vinculados a la ... · 3. modelos de co-optimización del...

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