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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

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?


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


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


Agenda

1. Antecedentes2. ¿Cómo será el sistema eléctrico

del futuro?3. ¿Qué significa una red inteligente




en el mundo?


Sistema Eléctrico del Futuro

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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


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

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


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


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


Agenda






en el mundo?


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


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.


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


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)


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


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


Agenda






en el mundo?


Demanda Típica Diaria en la Zona Metropolitana del Distrito Federal, México

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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


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


BeneficiosEmpresa de servicio público:

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– 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


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


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


Agenda






en el mundo?


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


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


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.


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


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


Agenda






en el mundo?


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


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)


Telegestore – Características

Lectura remota del consumo

Estructura multi-tarifaria

Cambio remoto de aspectos contractuales

Desconexión remota

Monitorea la calidad del servicio

Detección de fraudes


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







Subestación AutomatizadaSubestación Automatizada







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


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)


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


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


Fin de la presentación

Gracias por su atención …

[email protected]

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