"Sistemas energeticos del futuro" Eon España
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Sistemas Energéticos del Futuro
Generación Distribuida, Redes Inteligentes y Movilidad Eléctrica
Agosto 2011
2Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
1. Smart Grids. Concepto General
2. Smart Grids. Elementos y proyectos
Contador electrónico
Movilidad eléctrica
Generación Distribuida / Integración de renovables
Flexibilidad de la red. Automatización y telecontrol
Índice
3Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Mayor relación con el cliente Nuevos productos y servicios, mayor transparencia,mejor control de la energía.
Innovación técnica Gestión de la demanda, automatización del hogar, E-movilidad/vehicle-to-grid, generación distribuida.
Política energética y regulación Legislación medioambiental, mayor peso de las fuentes renovables, generación intermitente.
Evolución del mercadoMercados europeos liberalizados, nuevos agentes, volatilidad de precios.
Nuevas necesidades del sistema eléctrico
4Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Nuevas tecnologías que mejoran la relación con el cliente
Generación
Distribuida
Centro de
Control
Medida Inteligen
te
Vehículo Eléctrico
Gestión del
Consumo
Micro Generaci
ón
Red Inteligen
te
5Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
La política energética está modificando cómo y dónde se produce la energía Un considerable cambio en las fuentes
de generación… y en el punto de acceso
a la redconexión
Nuevas renovablesAlta Tensión
Nuevas renovablesdistribuidas
Generación depequeña escala
Proyectos encomunidades
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
350.000
400.000
450.000
2005 2010 2015 2020
BombeoEERRP.Petrolíferos
Gas NaturalNuclearCarbón
Balance Eléctrico Nacional (GWh)
Fuente: Plan de Acción Nacional de Energías Renovables
6Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
El futuro sistema energético creará nuevos desafíos para la distribución de energía
2) Aumento de la generación distribuida
Cogeneración Unidades de micro-generación próximas al
consumidor 3) Aumento de demanda eléctrica Mayor penetración de vehículos eléctricos y
bombas de calor provocarán un incremento de la demanda.
4) Participación más activa de los consumidores La domótica permitirá gestionar el consumo en los
hogares Las casas requerirán señales para reaccionar ante
eventos del sistema 5) Importancia de la reducción de CO2 en la operación de la red La reducción de las pérdidas en la red / emisiones
de CO2 será más relevante Mayor actividad en la red
1) Aumento de generación intermitente
Necesidades del consumidor
Operación eficiente
Debido principalmente a la energía eólica y solar (térmica y fotovoltaica) Retos tecnológicos
Capacidad Estabilidad Tensión Frecuencia
Monitorización Información
Minimizar pérdidas Procesos eficientes
Causa Efecto
7Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Un nuevo sistema energético requiere redes más inteligentes
Invertir en cobreDescripción: Reforzar las redes mediante los métodos convencionalesConclusión:
•No todos los problemas de la red se resolverán mediante refuerzos
•Riesgo de costes innecesarios
Invertir en inteligenciaDescripción: Invertir en inteligencia para la red donde sea necesario para incrementar su flexibilidad
La Smart GridConclusión: • Mayor flexibilidad• Solución a futuro• Evitar sobre inversiones• Fomentar la sostenibilidad
Combinar estos pasos permitirá construir una red óptima para el futuro
8Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Integración de energías renovables: Energía descentralizada y discontinua
Contador electrónico: Incremento de datos y capacidad de gestión consumo BT
Vehiculo eléctrico: Incremento y variación del perfil de consumo en BT.
Generación distribuida: Gestión de micro unidades ubicadas en BT/MT
El concepto Smart Grids agrupa varios procesos de cambio:
Automatización de subestaciones
Almacen.distribuido
Centro de control
Comunicación de red
Futura Smart GridRed distribución actual
MV
LV
MicroCHP
Almac.PV Smart Home
E-Car
9Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Capacidad de gestión eficiente de grandes volúmenes de datos (DSM)
Mayor conocimiento y control de la red de BT
Incremento de la automatización de SE y elementos de maniobra.
Altas inversiones (refuerzo y flexibilidad de la red, CE)
Estos procesos provocan un cambio en la
actividad del distribuidor y su perfil de
competencias :
10Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
¿Cómo vemos en E.ON la Smart Grid?
Excelencia en la Distribución
Nueva red eléctrica
activa
Cliente energético interactivos
Generación distribuida
gestionable
Disponibilidad de
almacenamiento energético
Operación eficiente de la red
Conocimiento detallado del flujo de energía en la red
Red de distribución flexible
Clientes activos
Gestión de la demanda
11Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
1. Smart Grids. Concepto General
2. Smart Grids. Elementos y proyectos
Contador electrónico
Movilidad eléctrica
Generación Distribuida / Integración de renovables
Flexibilidad de la red. Automatización y telecontrol
Índice
12Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
El contador electrónico en E.ON España
182
325
464
589
721
49
180
357
504
633
2010 2011 2012 2013 2014
Instalados
Integrados
Plan de integración del Contador Electrónico de E.ON España(miles)
La regulación española obliga a todas las compañías distribuidoras a que antes del año 2019 todos sus contadores sean contadores electrónicos
Para ello ha establecido el siguiente calendario:
30% 50% 70% 100%
2011
2013
2016
2019
Plan de sustitución de equipos de medida
E.ON es líder en instalación de contador electrónico en España
El 30% de nuestros contadores Tipo 5
son contadores inteligentes
Junio 2004
Proyecto Piloto Torrelavega950 contadores electrónicos
Enero 2006
E.ON España sólo instala contadores electrónicos
Diciembre 2007
Plan de sustitución de equipos de medida
2011
2004
Julio 2011
Más de 180.000 contadores instalados
13Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Contador horario combinado de activa y reactiva
Estructuras tarifarias anuales y semanales con maxímetro
Gran versatilidad tarifaria
Gestión de hasta seis tarifas, seis precios
Posibilidad de dividir el día en ocho tramos
Posibilidad de definir hasta cuatro días tipo
Capacidad de registro horario: 152 días energía horaria
Información visualizada en display
Tarifa en curso, potencia instantánea, lecturas, …
Interruptor magnetotérmico o seccionador programable como ICP
Modem PLC y puerto óptico
El contador electrónico: resumen funcional
14Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Esquema tecnológico
GPRS
LAN
Dispositivos móviles
Área técnica
Ficheros XML
Operadores sistema
AMMS
Entrada datos
Sistema AMM
BD Medida
Work orders
Medidas
Validación de datos
Reglas de
negocio
Motor generación órdenes
Onebridge
Gestión ATR
Connect Direct
Ora
cle
Ejecutores locales
GPRS
GSM
GRPS
Gestión de datos de red
Concentrador BT
El contador deja de ser un “medidor” de energía para
convertirse en nodo de comunicaciones
15Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Ventajas de los sistemas de telegestión BT
Telegestión
Visualización instantánea de consumos
Rápida resolución de reclamaciones
Reducciones de potencia
Ejecución instantánea de altas, bajas y cortes
Datos reales
Versatilidad en los períodos de facturación
Acceso instantáneo y universal a los datos
Minimización de errores
Telelectura
Datos de medida accesibles al cliente
Gestión eficiente
16Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Oportunidades de los sistemas de telegestión BT
Diseño óptimo de todos los elementos red BT
Control de pérdidas y fraudes
Detección inmediata de averías
Conocimiento preciso de la red BT
Gestión técnica de red BT
Comportamiento
“smart”de la red BT
Modificación de los hábitos de consumo
Aplanamiento de la curva de demanda
Diseño de tarifas reales y adaptadas
Conocimiento a través de las curvas de carga
Perfiles de consumo
Ahorro y eficiencia energética
17Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
1. Smart Grids. Concepto General
2. Smart Grids. Elementos y proyectos
Contador electrónico
Movilidad eléctrica
Generación Distribuida / Integración de renovables
Flexibilidad de la red. Automatización y telecontrol
Índice
18Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
E-mobility evolves in stages – breakthrough from 2020 on
Test Learn Identify and solve
implementation problems
Target segment „early adopters“
Testing business models
Setup of commercial structures
Target segment fleets and
trendsetters
Establishing market structures
Realize synergies from the interface of vehicle and energy supply structure
Target segment mass market
2011 2020
E-carsEU
in Mio
1
4
6
2
3
5
Test / Pilot stage Small series Market maturity
19Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Electric mobility is (the) future
Potentials of the battery in the future energy management
CO2 reduction goals in the transport sector
„Sustainable City“- policies(toll, environmental areas)
Daily Use Range
20Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
CO2 / km. emissions associated to E- Vehicles
* Fuente: BDEW, MITYC. Año 2009
EU-27 76 g/km
Spain 60 g/km It is possible to halve vehicle‘s Germany 94 g/km emissions
Italy 90 g/km CO2 free generation needed forPoland 170 g/km „Zero Emission Vehicles“!
France 8 g/km Virtually emission-free driving
Emissions depend on Generation mix.
Internal Combustion Engine Emissions ~ 150 g/km !!!!
21Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
21
E-Vehicle daily use
50 km
0 km0%
20%
40%
60%
80%
100%
100 km
Secondary car
Source: DIW, McKinsey
80% max. 70 km
Main car 50% max. 40 km
Km./Day
50% journeys less than 40 km. !!!
22Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Transport „nitches“ that will allow E-Mobility development
22
A potential over 20 Million Vehicles in Germany
• 13 Million households own a second car (GER)• Parking (Loading) Site available
Secondary CarSecondary Car
• Fixed routes and timetables• Charging options on the site
FleetsFleets
• Trips – House Work• Loading facilities at the workplace
CommuterCommuter
23Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Integration of Renewable: Spanish case
Source: REE
E-Car Charge
24Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Intelligent charging: Key issue for E-Mobility development
PIntegration
of Renewable
Energy
Charging Control
Network stability Smart Grid
Vehicle-to-Grid
25Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Charging is parking – unless real fast charging becomes reality
0
30
60
90
120
150
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Charging capacity [kW]
Ch
arg
ing
tim
e [
min
]
Household charges (~ 3 kW)
Three-phase current charge
(~ 10 kW)Improved charging
infrastructure ~ 40 kW
fast charge 3-4min /40km
26Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Customer charging patterns will steer grid integrationstochastic charging controlled
charging
energy storage use
(V2G)
Effect on grid increase of existing
peaks if done simultaneously in large amounts in morning / mid-day / evening
Examples pre-conditioning free charging offers
on parking grounds of supermarkets, cinemas, restaurants, fitness centers, etc.
Effect on grid Evening out of load
curve: use of high wind feed-in during low-load times (e.g. in the night) or interruption of charging process during short-term peak
Examples long time parking as
charging at home, in parking garages, at workplace, etc.: incentives via time-based tariff structure, etc.
Effect on grid Evening out imbalances in the grid: use of
battery as energy storage during low/high peak times
Examples long time parking as at home, in parking
garages, at workplace, etc.: incentives via energy management benefits e.g. in smart homes
27Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
What will be the impact on power systems?Impact on electricity consumption by electric vehicles (Germany)
2020
Market penetratio
n
Full electrificatio
n# E-Vehicles 1 Mio. 8,5 Mio. 41,7 Mio. % Total Vehicles 2,4% 20,4% 100%Km / Vehicle / Yr. 11.500 11.500 15.000Consumption / 100 km. 20 kWh 20 kWh 20 kWh
Total Consumption2,3
TWh 19,5 TWh 125 TWhImpact on Power System Consumption 0,42% 3,6% 23,1%
1 Million of E-Vehicles only have a 0.5% impact in Power Demand (Germany)
*German Net Demand in 2008: 539 TWh
28Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
1. Smart Grids. Concepto General
2. Smart Grids. Elementos y proyectos
Contador electrónico
Movilidad eléctrica
Generación Distribuida / Integración de renovables
Flexibilidad de la red. Automatización y telecontrol
Índice
29Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
La integración de las renovables en la red de E.ON España
CANTABRIA
LUGO
Luarca - ASTURIAS
Mieres - ASTURIAS
PALENCIABURGOS
Coordinación con el desarrollo de la red transporte
Colaboración con las autoridades locales y autonómicas y con los promotores para el desarrollo de los planes eólicos
Manteniendo los máximos estándares de calidad de suministro
5.3105.975
2.482
4.985
2.057
745
2004 2010Enerdía distribuida B.C.Producción REEnergía neta importada en fronteras T&D
Potencia R.E. en red E.ON (MW)2000 2010
ASTURIAS 89 320GALICIA 134 1.233CyL 9 159CANTABRIA 269 424TOTAL 501 2.136
(GWh)
30Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Small generators control needed (LV control room)
Renewable generation Control Room
Reactive power dynamic control
Better generation forecasts systems needed
Automatic curtailment schemes
Better information for network operation needed
Improve protection systems
Higher coordination / resources needed to meet new connection requirements
Voltage control issues
Intermittent renewables deployment level
Impacts/Needs on DSO networks
Renewables are here now and not
something that will happen in the future
Integrating renewables is the
main network development driver
Sweden
UK
Spain
Renewables are not a big issue. Massive
deployment will be realized in the future
Low renewable capacity / peak demand ratio
Existing infrastructure is
enough to export energy
REN Capacity / peak demand ratio quickly
increasing
New infrastructure needed to export
energy
Local REN Capacity / peak demand ratio > 1
Exporting energy has drastically modified
infrastructure
Upcoming increase in wind power needs control systems at
MV-levelCE
Impactos de las renovables en la red de distribución
31Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
G
220 kV
132 kV
Parque eólico
Consumo distribución
Ejemplo del impacto sobre la red de la generación eólica
17 MW
0 MW G
MATAPORQUERA
MAZUELAS
OSORNO
Red de Transporte
20 MW
12 MW
18 MW
50 MW
13 MW
137.3 KV
137.9 KV
134.5 KV
12 MW90 MW
G
MAZUELAS
Red de Transporte
18 MW
20 MW
37 MW
23 MW
40 MWMATAPORQUERA
138.7 KV
139.0 KV
OSORNO136.2 KV
Flujo de potencia por el transformador y las líneas desde el acceso a la red de transporte hacia las subestaciones de distribución (consumos)
Flujo de potencia por el transformador y las líneas desde el acceso a la red de transporte hacia las subestaciones de distribución (consumos)
Inversión de flujos de potencia por el transformador y las líneas hacia el acceso a la red de transporte
Inversión de flujos de potencia por el transformador y las líneas hacia el acceso a la red de transporte
Generación eólica parada:Inyección de potencia desde la red
de transporte
Generación eólica produciendo:
Evacuación de potencia hacia la red de transporte
Variaciones de tensión en las subestaciones de distribución (+1.25% aprox.)
Variaciones de tensión en las subestaciones de distribución (+1.25% aprox.)
32Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Herramientas que favorecerán la integración de renovables
Individual solution for Regional Units due to particular characteristics
AVC at MV/LV Stations
Present Near Future Far future
AVC at MV or LV branches
AVC at customer connections
Reactive power compensation
Incentive / Penalty system
Generator’s reactive power control system steered by DSO
Generators at cos phi=1. Reactive power control by DSO
Storage
Dynamic Line Rating
Load Management
Multi-party agreement
Individual answer
Organized by independent third party
Appropriate or desirable solution for almost all Regional Units
Tool / technology
Impact on NetworkVoltage control
Reactive power control
Overload
Connection request
33Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Tecnologías de micro-generación: proyectos del grupo E.ON
Incrementando la producción en casa: micro - cogeneración
Impacto en la red de distribución: “Grid of Tomorrow”
Eficiencia energética: Bombas de calor con almacenamiento
Colaboración con los principales fabricacantes de unidades de micro – cogeneración (Whisper Tech, Energetix Group, Ceramic Fuel Cells)
Callux: Mayor entorno de pruebas de unidades de micro – cogeneración con pila de combustible de Alemania (800 hogares)
En 2010 E.ON Bayern lanzó un proyecto de 2 años para estudiar el impacto de la generación distribuida en la red de generación
Medida inteligente en consumidores ; 100 subestaciones monitorizadas
Pilotos en Alemania y Reino Unido para estudiar Técnicas de instalación Hábitos de uso Relación rendimiento / clima
34Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Malmö (Suecia) - ciudad sostenible
Reforma de la zona industrial para convertirla en un green field suministrado con energía renovable local al 100%
“Västra Hamnen” (El Puerto Oeste) supone un referente mundial en el desarrollourbano innovador y sostenible
Solución energética basada en bombasde calor con almacenamiento temporal
Integración de una combinación degeneración de pequeña escala ymicro-generación
Transporte público alimentado por biogás generado a partir de residuos locales.
35Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
1. Smart Grids. Concepto General
2. Smart Grids. Elementos y proyectos
Contador electrónico
Movilidad eléctrica
Generación Distribuida / Integración de renovables
Flexibilidad de la red. Automatización y telecontrol
Índice
36Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Automatización y Telecontrol
Objetivos de automatización de la red de MT 2010
Evolución del telemando de la red de E.ON España
Líneas malladas: Telecontrol del punto de primera maniobra y del punto frontera.
Líneas radiales: Telecontrol del punto de primera maniobra
Centros de Distribución: Telecontrol de todos los urbanos de nueva construcción
Subestaciones Año 2000 Año 2010Número total de SEs 86 104Número de SEs con telemando 74 104% de SEs con telemando 86% 100%
Red de media tensión Año 2000 Año 2010Número total de líneas 538 623Kilómetros de línea 9.897 10.014Número de puntos con telemando 370 1.497Nº puntos telemando / línea 0,7 2,4Nº puntos telemando / 100 Km línea 3,7 14,9
Interruptor aéreo telemandado.Esquema eléctrico unifilar
37Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Automatización y Telecontrol: ejemplo línea mallada
SUBESTACIÓN A
PSA PSB
PM PF
TCTC TC
PM
SUBESTACIÓN B
PF – Punto frontera
PM – Punto primera maniobra
PSA – Punto segunda maniobra A
PSB – Punto segunda maniobra B
TC Telecontrol
Interruptor
Seccionador
Centro transformación
38Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Automatización y Telecontrol: ejemplo línea radial
PM – Punto primera maniobra
PSA – Punto segunda maniobra A
PSB – Punto segunda maniobra B
TC Telecontrol
Interruptor
Seccionador
Centro transformación
SUBESTACIÓN
PSA
PSB
PM
TC
39Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Dynamic line rating: ampliación de la capacidad de la red sin necesidad de refuerzoLa integración de nuevos desarrollos eólicos offshore causaba congestiones de red en el área de Skegness y Boston (Reino Unido).
Solución “smart” Equipo de monitorización del clima Análisis de las líneas en tiempo real Novedoso software que permite: – Control activo de la evacuación – Medida de carga en tiempo real – Análisis dinámico de circuito
Resultado “smart” Incremento de la capacidad de conexión:
– existente: 226MW– adicional: ~ 90MW
Coste aproximado 10% - 15% vs. Refuerzo de la red Permitiendo un incremento de la potencia renovable integrada en la infraestructura de red existente
40Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011
Realizing the Smart Grid Vision
Costumers are changing how they use energy– e.g. E-mobility, home generation and energy management
Energy sources are changing – integration of more renewable sources in the energy network New grid
technology– embedded in the energy system
Automation & Integration– the advanced energy system integrates sustainable energy seamlessly and conveniently into everyday life
2030
Muchas gracias