Presentación SmartGrid Electroindustria
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Presentacin Centro
Presentacin
Prof. Rodrigo Palma Behnke
abril de 2010
Centro de Energa
Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas
Universidad de Chile
-
mayo de 2013
2
Introduccin
Redes Inteligentes
Generador Virtual
Ejemplo de proyecto
Conclusiones
Contenido
-
Contribuir al mbito energtico, desarrollando e introduciendo soluciones tecnolgicas novedosas y de calidad, relevantes para el
desarrollo nacional y competitivas internacionalmente.
Encauzar el potencial de la FCFM en investigacin, innovacin y desarrollo hacia asociaciones productivas con la industria y
colaboraciones acadmicas estratgicas.
Misin
Credibilidad, confiabilidad e idoneidad como base para constituirse en el referente regional, con la energa como eje inspirador
de la innovacin tecnolgica.
Emprendimientos como base para agregar valor a la cadena de oportunidades que transforma el conocimiento en empresas y negocios
de impacto econmico y social.
Visin
1. Introduccin: Definicin del CE-FCFM
-
Directorio CE-FCFM
CMM DIE
ISCI Decanatura
FCFM
Equipo de Gestin y Desarrollo Direccin
Equipo de desarrollo de tres profesionales
Reporta a Directorio
Comit asesor Estratgico
(nacional, internacional)
Administracin DIE
Of. Difusin FCFM
Apoyo especializado (acadmicos,
profesionales)
1. Introduccin: Organigrama y equipo de trabajo
Representante de la Industria
-
1. Sistemas para redes inteligentes en la forma de
generadores virtuales y unidades de generacin distribuida
(microhidrulica, solar, geotrmica de baja temperatura).
2. Soluciones tecnolgicas asociadas al desarrollo de
vehculos elctricos y sistemas de acumulacin.
3. Herramientas de apoyo a la toma de decisiones para la
operacin, planificacin, monitoreo y control de sistemas
de energa.
1. Introduccin: Areas de desarrollo
-
60 investigadores en temas
relacionados con energa
CIEMAT,
ETSAM, IIT
Madrid
P. Valencia
U. Dortmund
INESC Porto
T.U. Berlin
U. Liege
U. Atenas
U. Waterloo
U. Washington
Purdue U.
M. Energticos
U. San Juan
IEEE, IEE,
CIGRE,
ELSEVIER
APERC
U. Yale
U. Edinburgh U. Michigan
P.U. Catlica
U. Illinois
Ohio State U.
U. Tokio
NTT
U. Southern Cal.
U. C. Berkeley U. Leuven
RPI
U Toulouse Georgia Tech
U. Auckland
Sydney
EPF, Suiza
U Nacional de San
Luis,
U. Nacional Tucuman,
U. Nacional
Corrientes, LEA, UN
Rosario
U. Lille
Latu
Joensuu, AAU
U. Wageningen
Upssala
Imperial College
1. Introduccin: Red de Cooperacin en Energa de la Universidad de Chile
U. Keio
U. Missouri
-
Qu distingue a Chile? Estructura longitudinal de nuestro sistema interconectado central. Abundancia de recursos renovables. Plataforma de comunicaciones desarrollada. Amplio rango de calidad y nivel de desarrollo en tcnicas de estimacin para identificar recursos de energa renovable y
consumos.
Existencia de embalses con capacidad de regulacin relevante que permiten efecto de compensacin de intermitencias.
Mltiples causas de fallas: fatiga de material, efectos del clima, accidentes, errores humanos, retrasos en planificacin de la
inversin, desastres naturales.
Diseo de mercado que enfatiza operacin segura a mnimo costo en general se traduce en niveles de innovacin bajos.
Necesidad de encontrar espacios como pas para proceso de innovacin y emprendimiento.
1. Introduccin: El sector elctrico
-
Gran potencial?!:
Energa
renovable
SIC Capacidad
instalada [MW]
Potencial [MW]
Mini-Hidrulico 120 20.392
Geotrmico 0 16.000
Elico 80 40.000
Biomasa 191 13.675
Solar 0 100.000
Total 391 190.067
Fuente: PREN, U. de Chile, U. Tcnica Federico Santa Mara, 2008
Existencia Recurso
Seleccin tecnologa
Operacin Mercado
Financiamiento
Integracin Mercado
8
1. Introduccin: Energas Renovables en Chile
-
~ =
~ ~
Nivel
Conceptual
Terico
Desarrollos
Intermedios
Innovacin Tecnolgica
-
mayo de 2013
10
Introduccin
Redes Inteligentes
Generador Virtual
Ejemplo de proyecto
Conclusiones
Contenido
-
11
Cmo abastecer de electricidad un consumo o conjunto de consumos?
Conexin a la red existente
Sistema aislado
Sin generacin distribuida
Con generacin
distribuida (GD)
Generacin local nica
Mltiples fuentes de generacin
GD nica
Mltiples fuentes GD
Alternativas de conexin
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Sistema conectado
Cmo abastecer de electricidad un consumo o conjunto de consumos?
Conexin a la red existente
Sistema aislado
Sin generacin distribuida
Congeneracin
distribuida (GD)
Generacin local nica
Mltiples fuentes de generacin
GD nica
Mltiples fuentes GD
Sistema aislado / elec. rural
Red elctrica
SIC
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Sistema conectado sin GD
Cmo abastecer de electricidad un consumo o conjunto de consumos?
Conexin a la red existente
Sistema aislado
Sin generacin distribuida
Congeneracin
distribuida (GD)
Generacin local nica
Mltiples fuentes de generacin
GD nica
Mltiples fuentes GD
Red elctrica
SIC
Sistema conectado con GD
Sistema hbrido, microred,
generador virtual
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
(ER) Tecnologas de Energas Renovables: basadas en recursos energticos
renovables, como energa elica y solar.
(GL) Generacin local basada en Microturbinas o Celdas de Combustible,
el calor y la electricidad son consumidas en el mismo lugar.
(DR) Dispositivos de respaldo para
suministro de punta: generadores de
emergencia, generadores locales.
(CHP) Cogeneracin: Aprovechamiento del
calor en plantas o procesos industriales o
de servicios para generar energa
elctrica.
(GD) Generacin distribuida: Generacin
de electricidad con unidades de pequea
escala ubicadas en la cercana de los
consumos o conectadas directamente al
sistema de distribucin.
Aplicaciones en generacin 2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Sistema aislado / G. local nica
Cmo abastecer de electricidad un consumo o conjunto de consumos?
Conexin a la red existente
Sistema aislado
Sin generacin distribuida
Congeneracin
distribuida (GD)
Generacin local nica
Mltiples fuentes de generacin
GD nica
Mltiples fuentes GD
Sistema aislado
mltiples fuentes de generacin
Sistema hbrido
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Sistemas aislados hbridos
Un sistema hbrido es un sistema que
combina dos o ms fuentes de energa
con el fin de poder abastecer en forma
controlada consumos elctricos.
Ejemplo de sistemas: Sistema Hbrido
Diesel-Elico, Sistema hbrido Elico-
Fotovoltaico, Sistema hbrido Elico-
Fotovoltaico-Hidrulico.
Concepto puede extenderse a
satisfacer requerimientos de calor,
agua, etc.
Fuente: Departamento de Energa , EEUU
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Power Quality
Storage Industry
Solar
Household
Fuel Cell
Wind
Combined cycle plant
Storage
0,4 kV
10/20 kV
110 kV
Metering
Visin futura de los sistemas elctricos de potencia. Situacin actual en Chile: generacin distribuida es excepcin, gran potencial?, necesidad de
seguridad energtica, necesidad de innovar.
Ref: Handschin, UNIDO.
Ref: KEMA Consulting.
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Visin futura de los sistemas elctricos de potencia. Situacin actual en Chile: generacin distribuida es excepcin, gran potencial?, necesidad de
seguridad energtica, necesidad de innovar.
Ref: Handschin, UNIDO.
Ref: KEMA Consulting.
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
mayo de 2013
19
Sistema interconectado
Generador virtual/ Micro-redes
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Generador virtual/ Microredes
Red de Dx
Tendido elctrico corto
(r x) Trafo
bajada (tap)
Equipo de compensa-cin (L , C,
P)
Consumo baja
potencia (domicilio, industria)
Trafo Booster
Generacin pequea
distribuida (renovable,
diesel)
Acumuladores
(bateras, embalses)
Elementos de
proteccin
Desafos tcnicos y de coordinacin
2. Redes Inteligentes, Contexto
-
Ref: IBM
Avances en
electrnica de
potencia,
informtica,
telecomunicacion
es, sensores,
actuadores.
Aumento del
nivel de
requerimientos
y complejidad
de los SEP, ME
Aumento de
insercin de
energas renovables
intermitentes,
generacin
distribuida,
vehculos
inteligentes.
Generacin distribuida Micro-redes Generadores virtuales Medidores inteligentes Casas/edificios inteligentes
2. Redes Inteligentes: Origen!
-
Tecnologa de inversores / Electrnica de potencia
Fuente: Distintos fabricantes en Internet
- Potencia baja, media, alta
- Operacin continua o espordica
- Capacidad de sincronizacin a la red
- Modos de operacin
DC
AC ~ =
2. Redes Inteligentes: avances tecnolgicos
-
Tecnologa de medidores inteligentes
Fuente: Distintos fabricantes en Internet
- Slo energa
- Bidireccional , medicin neta
- Capacidad de registro
- Capacidad de comunicacin
- Capacidad de monitoreo y control
- Extensin a otros servicios: gas, agua.
- Medidores convencionales inteligentes
2. Redes Inteligentes: avances tecnolgicos
-
Redes Inteligentes / Smartgrids
Ref: IBM
Tecnologa clave que permitira el
desarrollo de las energas renovables, la
adopcin de vehculos elctricos y
mejoras en la eficiencia energtica.
(1) Red elctrica transformada (en los
niveles de transmisin y distribucin)
que utiliza sistemas de comunicacin
bidireccionales. (2) Sobrenombre para
una amplia paleta de aplicaciones que
potencian la capacidad de monitoreo y
control de una red elctrica.
2. Redes Inteligentes
-
Redes Inteligentes / Smartgrids
Ref: IBM
Atributos segn Departamento de
Energa de E.E.U.U. :
Permite participacin informada del cliente/consumidor,
Considera todas las opciones de generacin y almacenamiento,
Habilita nuevos productos, servicios y mercados,
Provee energa de calidad para la economa digital,
Optimiza las instalaciones y opera eficientemente,
Se anticipa y responde ante perturbaciones en el sistema,
Opera robustamente frente a ataques y desastres naturales.
2. Redes Inteligentes
-
Redes Inteligentes / Smartgrids
Ref: IBM
Componentes bsicos de una red
inteligente:
- 1. Sensores
- 2. Infraestructura de comunicacin
- 3. Algoritmos de control (aplicaciones)
- 4. Sistemas actuadores
2. Redes Inteligentes
Mapeo:
- 1. TC, TP, PMU, SM, ..
- 2. PLC, WiFi, LAN, HAM, ..
- 3. WAM, AGC, OPF, VVO, DR, - 4. DG, FACTS, HVDC, int. Automticos, ..
-
2. Redes Inteligentes Elementos constituyentes
Cmo se crea una red inteligente ?
Ref: IBM
Integracin masiva de sensores, actuadores, tecnologas de medicin y esquemas de automatizacin en todos los niveles de
la red.
Se enfatiza la creacin de un sistema de informacin e inteligencia distribuidos en el sistema.
Sistemas de control inteligente que permitan extender los servicios intercambiados entre los distintos agentes del
mercado elctrico y asimismo aprovechar eficientemente la
capacidad de transmisin de la red.
Incorporacin masiva de generacin distribuida, la que permite coordinarse a travs de la red inteligente.
Incorporacin equipos de control que permiten actuar de manera eficiente frente a fallas.
Colocar en primer plano proceso de innovacin ya existente
-
2. Redes Inteligentes Elementos constituyentes
Ref: IBM
Incorporacin por parte de los usuarios de electrodomsticos y equipos elctricos inteligentes, que permiten ajustarse a
esquemas de eficiencia energtica, seales de precio y
seguimiento de programas de operacin predefinidos.
Incorporacin de vehculos elctricos, que por un lado demandan nuevas estructuras para posibilitar su carga en
distintos puntos, pero asimismo permiten disponer de una
capacidad de almacenamiento y la posibilidad de que stos
se transformen en pequeas fuentes de generacin en
situaciones de congestin.
Uso de tecnologas avanzadas, tales como: superconductores de alta temperatura, sistemas de almacenamiento masivo,
ultracapacitores, transformadores y motores de alta eficiencia,
equipos FACTS, etc.
Cmo se crea una red inteligente ?
-
mayo de 2013
29
Laboratorio ISET,
STEAG Project,
Encorp Virtual Power Plant,
Virtual FC Power Plant,
Fenix project (DER Unin Europea)
Otros proyectos relacionados de la Unin Europea (CRISP, DISPOWER, MICROGRIDS, EUDEEP, DGFACTS),
Virtual Power Plant NATCON7,
Decentralized Energy Management System de SIEMENS.
SmartGridCity (Boulder, Colorado), Xcelenergy.
NTT research centre, Japan (control-communication)
Ref: FENIX, ISET
2. Redes Inteligentes
-
mayo de 2013
30
2. Redes Inteligentes Experiencias Internacionales
Olympic Pennynsula Project Smart metering Control automtico de demanda
Smart Grid City Boulder Smart metering Alta penetracin de GD Control de demanda
participativo
Model City Manheim Problema multirecurso (energa +
agua + cargas trmicas + transporte)
-
Ref: e-solutions
2. Redes Inteligentes, Visin en Japn
-
Fuente: Toshiba
Fuente: Xtreme Power
Ejemplos de Micro-redes
Fuente: Proyecto EU Kythnos
2. Redes Inteligentes
-
Accin de reserva de los embalse
Horizonte de Tiempo
Inye
cci
n, D
em
and
a, M
W
En forma natural los embalses pueden apoyar con la reserva requerida. Clculo dinmico de capacidad de lneas de transmisin.
Elico
Embalse
Demanda
Desafos tcnicos
2. Redes Inteligentes: coordinacin hidrotrmica!
-
SIC
Rapel Cuenca Maule Laja BioBio
Canutillar
Qu nivel de penetracin de energa elica es compatible con el SIC? Up-Powering tiene sentido?
2. Redes Inteligentes: coordinacin hidrotrmica!
-
SIC
Rapel Cuenca Maule Laja BioBio
Canutillar
Qu nivel de penetracin de energa elica es compatible con el SIC? Up-Powering tiene sentido?
2. Redes Inteligentes: coordinacin hidrotrmica!
-
2. Redes Inteligentes: Sistemas de monitoreo de mercado
Nivel de estudio
Nivel de diseo
Nivel de
implementacin
1. Requerimientos
del Negocio
2. Modelamiento
de los datos
3. Diseo de la
arquitectura
4. Implementacin
5. Distribucin de
la informacin
Situacin de Operacin del Mercado
Elemento Indicador
Barras
Precios Marginales
Precios de Nudo
Precios promedio de los
clientes libres
Precios de los combustibles
Precios de la potencia
Lneas Peajes
Empresas
Generadoras y
Distribuidoras
Estadsticas de reclamos
-
Cambio de paradigma en la industria automotriz
2. Redes Inteligentes
Reservas de Litio Ref: Proyecto CE-FCFM, U Chile, Marubeni
-
Desarrollos:
Tarifas flexibles con incentivos. Electrodomsticos inteligentes + EE Vehculos elctricos.
2. Redes Inteligentes: Domtica y vehculos elctricos
-
2. Redes Inteligentes: Domtica y vehculos elctricos
Ref: RWE, Alemania
-
mayo de 2013
40
Introduccin
Redes Inteligentes
Generador Virtual
Ejemplo de proyecto
Conclusiones
Contenido
-
En trminos tcnicos,
relacin directa con
concepto de GeVi
41
Cmo abastecer de electricidad un consumo o conjunto de consumos?
Conexin a la red existente
Sistema aislado
Sin generacin distribuida
Con generacin
distribuida (GD)
Generacin local nica
Mltiples fuentes de generacin
GD nica
Mltiples fuentes GD
Alternativas de conexin
3. Generador virtual: definicin
-
mayo de 2013
42
Definiciones
Generador Virtual: Grupo de
generadores distribuidos de
pequea escala (GD)
operando bajo un esquema de
coordinacin comn.
Ventajas
Operacin coordinada permite entregar
funcionalidades adicionales.
Capacidad de integracin de diversas fuentes /
soluciones tecnolgicas.
Generador Convencional
Generador Elico
Cargas
Paneles Solares
Referencia
Generacin
Generacin
Consumo
Generacin
Base Datos
Unidad Control
Moni- toreo
Manejo
Generador Virtual / Microredes
3. Generador virtual: definicin
-
43/39
3. Generador virtual: visin
-
Geotermia
Elico
Solar
Hidrulica
Biomasa
44
3. Generador virtual: visin
-
FALLA OPERACIN
EN ISLA
DESCONEXIN RECONEXIN
-
mayo de 2013
46
Tecnologa
Contribuir con soluciones tecnolgicas para alcanzar
seguridad energtica del pas y mejorar el entorno.
Alcanzar el desarrollo de un GeVi competitivo
concepto general, servicios (mercado), esquema de control, plataforma de
comunicacin, interfaces, desarrollos tecolgicos especfico.
Replicabilidad
Aprovechar oportunidad para exportar idea y soluciones.
Primer prototipo GeVi
Que entre en operacin en el pas a comienzos del ao 2010 de manera de
validar los modelos y equipos desarrollados.
3. Generador virtual: objetivos
-
Sistemas de generacin Plataforma de comunicacin
Generacin distribuida Micro-redes Generadores virtuales Medidores inteligentes Casas/edificios inteligentes
Esquemas de incentivos. Impacto ambiental
Impacto social / compromiso
Capacitacin
3. Generador virtual: Enfoque metodolgico
-
3. Generador virtual: Capas y estado de avance
-
2. Desarrollo de controladores locales y
accionamientos
2.1 Control de grupos diesel
2.2 Interfaz de control manual
local
2.3 Control de central
microhidrulica
2.4 Inversor Controlable
2.5 Interfaz de control de demanda
2.6 Red de pruebas de laboratorio
2.7 EDAC 2.8 Contactores de
accionamientos remotos
2.9 Interfaz de la microrred (static
switch)
2.10 Punto de medicin
local/remoto
2.11 Pruebas en la red de laboratorio
3. Plataforma Monitoreo, control y
comunicaciones
3.1 Aplicaciones
3.1.1 Optimizador
3.1.2 Aplicacin de configuracin
3.1.3Partida en Negro
Automtica
3.1.4 Monitoreo
3.1.5 Control manual remoto
3.1.6 Administrador
de contingencias
3.1.7 Adquisicin
datos externos
3.1.8 Transacciones
con 3.2.5
3.2 Sistema Informacin y
control de planta
3.2.1 Base de datos /
historizador
3.2.2 Modelo de datos e
informacin
3.2.3 Libreras de conexin a
BD
3.2.4 Acceso a Internet
3.2.5 Red de comunicaciones
local
3. Generador virtual: desarrollos especficos
-
Estndar IEEE 1547
3. Generador Virtual Estndares existentes
-
~ = ~
=
~ =
~ =
Ejemplo de sistema hbrido aislado
3. Generador virtual: sistema hbrido aislado
-
~ = ~
=
~ =
~ =
Nivel de carga
Nivel de reserva de diesel
Nivel de
estanque
agua
potable
Nivel de
estanque
agua Nivel de carga
biogas
Ejemplo de sistema hbrido aislado
3. Generador virtual: sistema hbrido aislado
-
Datos
Meteorolgicos
Variables
medidas
Optimizador AGC
Historizador
Variables
manipuladas
3. Generador virtual: aplicacin de redes inteligentes
-
Sistema aislado / elec. rural Sistema conectado / GeVi
- Entrega solucin de servicio bsico.
- Posibilita operacin de sistema hbrido
- Mejoramiento de calidad de vida
- Calidad de servicio media
- Innovacin media.
- Obsolescencia
- Cambio de paradigma en energizacin
- Venta de energa al sistema.
- Nuevas oportunidades de negocio
- Calidad de servicio alta
- Innovador a nivel internacional
3. Generador virtual: Migracin
-
mayo de 2013
55
Introduccin
Redes Inteligentes
Generador Virtual
Ejemplo de proyecto
Conclusiones
Contenido
-
Oportunidad?
A nivel nacional, existen distintas iniciativas de privados, donde se ha
privilegiado la creacin de condominios con las siguientes
caractersticas:
Fomento del concepto de vida ecolgica.
Bsqueda de eficiencia energtica en las viviendas.
Evitar contaminacin visual producto de las redes areas de distribucin.
Fomento a las energas renovables.
4. Posible Proyecto
-
Oportunidad?
Si bien este tipo de soluciones se ajusta a
los objetivos perseguidos por estas
comunidades, adolecen de las
siguientes dificultades:
La calidad de la energa, en trminos de continuidad de servicio y estndares son bajos debido a la indisponibilidad del energtico y
problemas de dimensionamiento producto de los costos asociados.
La generacin local de respaldo a base de combustibles fsiles y la disposicin final de bateras agotadas atentan contra la bsqueda de
un desarrollo sustentable amigable con el medioambiente.
Los costos de mantenimiento del sistema son altos (reparaciones, cambio de bateras).
La presencia de unidades elicas pequeas en la cercana de las casas produce contaminacin acstica.
El sistema es comparativamente complejo de utilizar.
4. Posible Proyecto
-
Sistema aislado con generacin autnoma
en hogaresMicrored inteligente a base de energas
renovables
4. Posible Proyecto, migracin
-
4. Posible Proyecto, sistema de gestin y control
DatosMeteorolgicos
Variables medidas
Sistema de gestin de energa y control
de Microred
Bas de datos
Variablesmanipuladas
-
Temas/ etapas a considerar
4. Posible Proyecto
Esquema de toma de decisiones, Esquema de integracin social con la comunidad, Proyecto de conectividad a la red de distribucin, Sistema de red local subterrnea, Acondicionamiento y traslado de unidades existentes (incluye sistema de control para hacerlas compatible con micro-red),
Sistema de gestin y control de la microred, Unidad de control en el punto de acoplamiento, Procedimientos de operacin y mantenimiento, Puesta en marcha y pruebas, Seguimiento.
-
mayo de 2013
61
Introduccin
Redes Inteligentes
Generador Virtual
Ejemplo de proyecto
Conclusiones
Contenido
-
Conclusiones Visin general de desarrollos de redes inteligentes. Elementos de anlisis que permiten relacionarlo con los sectores de distribucin y subtransmisin. Oportunidades de desarrollo, I+D. Desafos para el pas en innovacin y emprendimiento en el sector.
-
Gracias por su atencin!
Rodrigo Palma Behnke, [email protected], 02 9784201
63