Planeación Integrada de

Sistemas de Potencia

TOPSEP CIER 2009

Cuernavaca, México

Agosto 27 de 2009

Contenido

• Elementos Generales de la Planeación

• Rol de la Demanda en la Planeación

• Planeación de la Generación

• Planeación de la Transmisión

• Consideraciones finales y retos

Elementos Generales de la Planeación

Cuál es el Reto de la Planeación ?

Encontrar soluciones robustas multiobjetivo,

que aprovechen la competitividad de los

países (regiones) y satisfagan de manera

segura, confiable y económica la mayor

cantidad de necesidades en diferentes

escenarios.

Nivel de Inversión

Restricciones

Inversión+AOM

Costo del Servicio de Transporte

Plan de Mínimo Costo

Efecto de la IncertidumbreIN

CE

RT

IDU

MB

RE

TIEMPO

Escenarios de DemandaLiberalización del Mercado

Disponibilidad de la RedDisponibilidad de Energéticos PrimariosComportamiento del Clima (Agua, Viento, Sol)

Costos de CapitalPrecios de Energéticos

Externalidades

• Entorno macroeconómico• Acceso a financiación• Restricciones ambientales• Políticas energéticas• Orden público• Disponibilidad equipos• Reposición de equipos• Prácticas operativas• Idoneidad de las personas• Nuevas Tecnologías

Visión integral de la Planeación

RegulaciónGeneración Transporte Demanda

Operación

Planeación Integral

• Los Sistemas de Potencia

se planean y operan dentro

de un modelo específico

del sector y una

reglamentación.

• La Planeación Integral

involucra la demanda,

producción, redes

• Pero también involucra

mercados de energéticos,

planes urbanos, situación

social, políticas

económicas.

• La Expansión y Operación

deben responder a

realidades de cada país

• Exige coherencia de

Criterios de Expansión y de

Operación

Rol de la Demanda en la Planeación

Tratamiento Clásico de la Demanda

Históricamente, la demanda ha tenido un

comportamiento pasivo frente al desarrollo del

sector

► Correlación con el PIB cercana a 1.0

► Demanda Inelástica

► Tomadora de confiabilidad

► Para usuarios residenciales:

� Precio único mensual

� Flujo de energía en una vía

Correlación PIB – Demanda en Colombia

Características de la atención de la Demanda

“Seguridad* de un sistema de potencia se refiere al grado de

habilidad para soportar contingencias sin desatención de carga”

*Definition and Classification of Power System Stability, IEEE-CIGRE 04

“Confiabilidad* de un sistema de potencia hace referencia a la

probabilidad de una operación satisfactoria en un periodo de tiempo

largo. Denota la habilidad para suministrar adecuadamente el

servicio eléctrico casi continuamente, con pocas interrupciones en

un periodo extendido de tiempo”

Calidad

Economía

Expectativas de Confiabilidad de la Demanda

Industrial Comercial OficialResidencial

Estratos 6 al 1

• Diferentes expectativas de Confiabilidad

• Disposición diferencial a pagar por el servicio

…

• Seguridad: Habilidad del sistema para evitar desconexiones de carga no controladas.

• Confiabilidad: Habilidad del sistema para manejar desconexiones de carga controladas. (Se puede escoger a quien y cuando se desconecta)

Una visión diferente de la Seguridad y la Confiabilidad

ESPS

Expansión de la RedGeneración

de Seguridad

Alternativas para Incrementar la Confiabilidad del Sistema

Eventos en el SistemaEventos en el SistemaEventos en el SistemaEventos en el SistemaProbabilidad de Ocurrencia / Impacto en la DemandaProbabilidad de Ocurrencia / Impacto en la DemandaProbabilidad de Ocurrencia / Impacto en la DemandaProbabilidad de Ocurrencia / Impacto en la Demanda

• Bajo Costo Operativo

• Impacto Medio en la Demanda

• Rápida Implementación

• Bajo costo de Inversión

ESPS

• Bajo Costo Operativo

• Impacto Bajo en la Demanda

• Lenta Implementación

• Alto costo de Inversión

Expansión

• Alto Costo Operativo

• Impacto Bajo en la Demanda

• Muy Rápida Implementación

• Ningún costo de Inversión

Gen Seguridad

La demanda como jugador del mercado

Los desarrollos tecnológicos en computación, comunicaciones y

electrónica de potencia han otorgado poder de mercado a la

demanda.

• Elasticidad de la Demanda (Precios Horarios Universales)

• Confiabilidad a la medida

• Demanda Inteligente (Smart Grid)

• Interconexiones Internacionales

600 MW

800 MW

1000 MW

1200 MW

1400 MW

1600 MW

1800 MW

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Año 2020 Año 2020 + PHEV

Nuevos tipos de Demanda – PHEV

Chevy Volt ® - 201116 kWh/día (2 kW x 8 Horas)

Los Autos Eléctricos Híbridos Recargables

(PHEV) son una realidad.

Se empieza a borrar la línea entre electricidad

y otros energéticos.

Se hace más evidente que la Electricidad no

es una fuente de energía, es un transportador

de energéticos.

Algunos números sobre el impacto en el sistema de potencia en

una ciudad como Medellín (8,000 MW – 1,800 MW)

Media Penetración (2018) – 10,000 autos

Potencia requerida con 100% coincidencia: 20 MW (5%)

Planeación de la Generación

50,000

55,000

60,000

65,000

70,000

75,000

80,000

85,000

90,000

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

GW

h

Confiabilidad Energética en el Largo Plazo

Generación Escenarios Demanda

► Demanda

► Hidrología

► Combustibles

► Plan expansión

► Disponibilidad

► Capacidad

Fuentes de Incertidumbre

• Cargos por Confiabilidad / Potencia buscan dar señales de expansión.

• Compatibilidad Expansión – Generación versus Política Energética de los Países.

• Planeamiento Integrado con Fuentes de Energía (Petróleo, Gas, Carbón) y otras Demandas (Transporte)

• Alta Penetración de Energías Renovables no Convencionales (Viento, Solar, Mareas)

Año TWh %

2007 52.9 4.0

2008 53.9 2.0

2009 55.1 2.3

Año Bajo Medio Alto

2008 1.9% 2.0% 2.2%

2009 1.8% 2.3% 3.1%

2010 2.1% 2.7% 3.2%

2011 2.3% 2.9% 3.5%

2012 2.4% 3.3% 3.8%

2013 2.4% 3.5% 3.9%

2014 2.6% 3.4% 3.9%

2015 2.6% 3.5% 4.0%

2016 2.7% 3.7% 4.2%

2017 2.8% 3.6% 4.2%

2018 2.8% 3.7% 4.3%

2019 3.0% 3.8% 4.5%

2020 3.1% 3.9% 4.5%

Diferentes países han optado por distintas soluciones al

problema de la Expansión de Generación

• Un mercado de sólo energía, con precios libres, puede brindar las señales adecuadas

de inversión para garantizar la confiabilidad.

• Algunos países han apostado por esta alternativa:

o Australia y Reino Unido (nuevo esquema)

o Escandinavia y Holanda (indecisos)

• Implica una alta variabilidad en los flujos de caja para los inversionistas y en los precios

de energía para la demanda.

• Otros han optado por un mecanismo de confiabilidad, para asegurar la generación

requerida y alcanzar flujos de caja estables.

o Estados Unidos (FERC), España, Argentina, Italia, Nueva Zelanda, Comisión

Europea, Colombia

Fuente: Alex Henney, “Long Term Generation Adequacy through reliability options”, SIMER CIER 2006

2008

7%

14%

11%3%

65%

201812% 2%

70%7%

9%

Hidráulicas Carbón Gas Líquido NDC

La composición de la capacidad

instalada tendrá una mayor

participación de la generación

hidráulica en el 2018

-

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

90,000

100,000

2007-2

008

2008-2

009

2009-2

010

2010-2

011

2011-2

012

2012-2

013

2013-2

014

2014-2

015

2015-2

016

2016-2

017

2017-2

018

2018-2

019

2019-2

020

2020-2

021

2021-2

022

2022-2

023

2023-2

024

2024-2

025

2025-2

026

2026-2

027

2027-2

028

2028-2

029

2029-2

030

2030-2

031

2031-2

032

2032-2

033

2033-2

034

2034-2

035

2035-2

036

2036-2

037

2037-2

038

GWh-añoENFICC Verificada No Asignada

NDC

OEF GPPS

OEF

Demanda

En Colombia, el nuevo esquema de subastas consiguió

minimizar la incertidumbre con la entrada de 4200 MW en los

próximos 10 años

1. Diseñar un mecanismo de Mercado.

2. Dar señales e incentivos para la

inversión en nuevos recursos de

generación.

3. Tener respaldo en activos de

generación capaces de producir

energía firme durante condiciones

críticas de abastecimiento.

4. Asegurar la confiabilidad en el

suministro de energía en el largo

plazo a precios eficientes.

5. Seguridad jurídica entre la demanda

y los generadores.

6. Proteger la demanda de precios

superiores al precio de escasez

• Combustibles

• Red – Transmisión

• Congestión

• Competencias Humanas

• Protecciones y Control

• Mantenimientos

• Planeamiento Integrado con gestión de combustibles

• Operación en el límite de seguridad

• Coordinación de los mantenimientos:

– Concentración de los mantenimientos

– Cumplimiento del programa de mantenimiento.

– Atención de la demanda pico de potencia (Diaria y Estacional).

– Coordinación gas – electricidad.

Generación Demanda a AtenderFuentes de Incertidumbre

Confiabilidad Energética en el Mediano y Corto

Plazo

Nuevas tendencias en generación

• Parte de la demanda

• Flujo de energía en dos sentidos

• Optimiza la red ?

• Cogeneración y autogeneración

(Un uso común de gen distribuida)

• Penetración en Latinoamérica

• En especial donde hay

potencial hídrico

• Es un tema de cómo

exportarla

Generación Distribuida

Generación Sostenible (Green Generation)

Como se garantiza la

seguridad del sistema ?

• Comportamientos no predecibles en el mediano / corto plazo

• Poca Información sobre el

comportamiento esperado de la

Generación Distribuida

Planeación de la Transmisión

Confiabilidad en el transporte

Transporte Seguridad – Confiabilidad

• Protecciones

• Mantenimientos

• Obsolescencia equipos

• Maniobras

• Competencias Humanas

• Largo Plazo: Expansión balance entre costo de infraestructura vs. costos de no disponer de ella

– Criterios adecuados de diseño de líneas y subestaciones.

– Reemplazo de infraestructura obsoleta.

– Compatibilidad criterios de expansión y operación.

• Mediano Plazo: Señales de disponibilidad de infraestructura.

• Corto Plazo: Operación adecuada de la infraestructura.

–Idoneidad de operadores

–Coordinación de mantenimientos.

Fuentes de Incertidumbre

Dos tipos de Planeación de la red

• Objetivo Estratégico ?

• Rol de la red en el Mercado ?

• Entorno y dinámica del Mercado?

• Soluciones Multipropósito, Concertación

• Seguridad y Confiabilidad

1) El Planeamiento a Largo Plazo (20 años)

• Restricciones (Limitaciones) de la Red

• Criterios de mínimo costo, confiabilidad,

vulnerabilidad y calidad

• Modelos de optimización

• Espacios muestrales (Estocasticidad, escenarios

de demanda, despachos críticos, etc.).

2) El Planeamiento Operativo (5 años)Restricciones

Infraestructura

Organismos de Planeación y Operación

GG

GGGG

GG

PMU

IED

R

R

PMU

IED

PMU

IED

PMU

IED

PMU

IED

PMU

IEDPMU

IED

PMU

IED

PMU

IED

PMU

IED

Súper PDC

Súper IED

R

Rol de la Red en el Mercado

Nuevos tipos de proyectos de expansión

• No solo los clásicos para atender demanda

• Para habilitar las transacciones del mercado

• Para permitir enlaces internacionales (HVDC)

• Para minimizar la congestión

Evaluación de los beneficios de los proyectos de

expansión

• Congestión – Restricciones

• Considerando los ESPS (WAMS / WACS)

• Como se evalúa económicamente la confiabilidad en los sistemas

modernos

�Aun son aplicables los métodos clásicos?

Retos en los países emergentes

• Crecimientos de la Economía entre

3% y 8 %

• Población cada vez más concentrada en las ciudades

• Planeación urbana “deficiente”

• Costos de la tierra crecientes

• Redes de subtransmisión y

distribución al límite de su capacidad y vida útil.

• Como se atenderá a las ciudades

“hambrientas” de energía con mayor

confiabilidad ?• Como hacerlo de la manera más

económica posible ?

• Es el cableado subterráneo la única

opción ?

Consideraciones Finales

Retos para la Planeación

Cuando no hay planeamiento cada quien resuelve su problema

SostenibilidadGeneración VerdeGeneración DistribuidaDemanda y Transmisión Inteligentes

Operación de RedesControl de la OperaciónMantenimiento del SPNuevos Problemas Operativos

Crecimiento de DemandaExpansión GeneraciónExpansión TransmisiónPlaneación Urbana

Coordinación Gas – ElectricidadElectricidad en el TransporteEconomía del Hidrógeno ?

Retos para la Operación

El reto es supervisar, controlar y administrar la nueva estructura energética del sistema, con

esquemas más dinámicos.

… Con una mayor garantía de confiabilidad !

Nueva visión de la Planeación de Sistemas de Potencia

Que se requiere?

• Mejores Prácticas Operativas

• Más Conocimiento y Habilidades

• Nuevas Herramientas de Modelación

• Más Investigación y Desarrollo

Mayor Confiabilidad para la Demanda

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