V-ELEC 07 Redes Inteligentes: Mejorando la confiabilidad y facilitando la incorporación de tecnologías bajas en emisiones

Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de EnergíaComunicación OLADE at Organización Latinoamericana de Energía - OLADE à OLADE - Organización Latinoamericana de Energía
Redes Inteligentes: Mejorando la confiabilidad y facilitando
la incorporación de tecnologías bajas en emisiones
Alejandro Navarro Espinosa, PhD
Consultor Experto – Systep Ingeniería y Diseños
Investigador Senior – Centro de Energía de la Universidad de Chile
Sesión 8
Ciudad de Panamá, Panamá
Septiembre, 2016
Antes de empezar….
• Los resultados indicados en esta presentación han sido construidos en
diversas colaboraciones con:
• Dr. Luis Nando Ochoa de la Universidad de Manchester.
• Dr. Rodrigo Moreno de la Universidad de Chile.
• Dr. Hugh Rudnick de la consultora Systep.
Motivación: Por que estamos acá?
• Movernos a una economía baja en carbono es fundamental para
enfrentar el cambio climático.
• La adopción residencial de tecnologías bajas en emisiones de carbono
(LCT) puede ayudar a alcanzar este objetivo.
• Estas LCT pueden producir impactos técnicos en las redes de
distribución.
• Para facilitar la adopción de estas tecnologías en las redes de
distribución se requiere entender detalladamente sus impactos, para
que así las potenciales soluciones puedan ser desarrolladas e
implementadas.
Un poco de contexto: Sistema Eléctrico Tradicional
Generación
Transmisión
Distribución
Hacia donde nos estamos moviendo: Sistemas Inteligentes
5
Control
Control
SPS
SPS
De qué nos preocuparemos hoy?
Control
Control
SPS
SPS
Sistema de
Distribución, que
representan
básicamente donde
se conectan
nuestros hogares
De qué nos preocuparemos hoy?
Control
Control
SPS
SPS
Particularmente de las redes inteligentes en los sistemas de
distribución para:
• Facilitar la adopción de tecnologías bajas en emisiones de
carbono a nivel residencial.
• Aumentar la confiabilidad de los sistemas de distribución.
Como facilitar la adopción de tecnologías bajas
en emisiones de carbono (LCT) en la red de
distribución?
Sistemas de Distribución y LCT
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
400
500
[m]
[m]
Feeder 3
Feeder 4
Feeder 5
Feeder 2 Feeder 6
Feeder 7
Feeder 1
Consumos Residenciales
Vehículos Eléctricos Paneles Solares
Bombas de Calor
Micro - cogeneración
Redes de Distribución
Elementos relevantes de las LCTs
• Estas tecnologías se conectan principalmente en baja tensión (consumos
residenciales), donde las distribuidoras a la fecha no tienen un conocimiento
detallado de las mismas.
• Estas tecnologías avanzan paulatinamente hacia la electrificación del vector
de energía (electricidad, calor, transporte).
• Podrían ser incorporadas por clientes residenciales sin conocimiento explícito
por parte de la distribuidora (localización aleatoria en la red de
distribución).
• Los tamaños de la tecnología serán diversos en función de las elecciones y
necesidades de los clientes (tamaños aleatorios de la tecnología).
Elementos relevantes de las LCTs
• Las redes de distribución a las cuales se conectan las LCTs no fueron
diseñadas pensando en su incorporación.
Power Power
Paneles solares que de acuerdo al nivel de adopción (% de las casas con
instalaciones solares) y del tamaño (i.e., 0.5 – 4 kW) puede revertir flujos de
potencia, provocar alza en voltajes y sobrecarga en las instalaciones.
0 50 100 150 200 250 300
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
24 Hours - 5 min resolution
[kW]
Profile 1
Profile 2
Profile 3
0 50 100 150 200 250 300
0
200
400
600
800
1000
1200
24 hours - 5 minutes resolution
[W/m2]
Ejemplo radiación solar Perfiles de generación solar
Producción de residencial de electricidad
– Vehículos eléctricos, cargas al sistema de
distribución, la energía para su
movimiento es almacenada en baterías
que son suministradas a través de la red
eléctrica (i.e., 24 kWh, 3.5 kW).
– Su consumo depende del patrón de uso y
de carga que realicen sus dueños.
0 50 100 150 200 250 300
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
24 Hours - 5 min resolution
[kW]
Profile 1
Profile 2
Profile 3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
1
2
3
4
5
6
7
24 hours - 15 minutes resolution
Probability[%]
0 5 10 15 20 25
0
2
4
6
8
10
12
14
Energy Demanded [kWh]
Probability[%]
Electrificación del transportePerfilesdevehículoseléctricos
– Bombas de calor, nuevas cargas eléctricas, que mueven calor desde fuera
del hogar al interior del mismo, para lo cual requieren consumir
electricidad desde la red (alta eficiencia), con tamaños de entre 2 a 7 kW.
– El patrón de consumo dependerá de los requerimientos de calor del hogar
(temperatura ambiental, temperatura del hogar, aislación de la casa,
mecanismos de transferencia).
0 50 100 150 200 250 300
-5
0
5
10
ºC
24 Hours - 5 min resolution
0 50 100 150 200 250 300
0
5
10
15
kW
Temperature
Auxiliary Heater
EHP Consumption
EHP Production
0 50 100 150 200 250 300
-5
0
5
10
ºC
24 Hours - 5 min resolution
0 50 100 150 200 250 300
0
5
10
15
kW
Temperature
Auxiliary Heater
EHP Consumption
EHP Production
Electrificación del calor
Perfiles Bombas
de Calor
– Las nuevas tecnologías varían su comportamiento a lo largo del día y por
tanto sus potenciales impactos dependerán también temporalmente de su
coincidencia con la carga (importancia de la dimensión temporal)
.
0 50 100 150 200 250 300
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
24 Hours - 5 min resolution
[kW]
Profile 1
Profile 2
Profile 3
Diversidad en el comportamiento de
los clientes en forma individual
Demanda Residencial
0 50 100 150 200 250 300
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
24 hours-5 min resolution
[kW]
Load consumption
PV generation
Net Load
Coincidencia temporal de la carga y las
LCTs
– Es clave: modelar la temporalidad de las nuevas tecnologías y de la
carga, la aleatoriedad de su ubicación y tamaño, y la característica
desbalanceada de las redes de distribución.
Random allocation of loads
Random allocation of LCT
Three phase four wire
simulation
Metric Determination: Voltage
Issues and Congestion
Foreachpenetrationlevel
Foreachsimulation
Foreachfeeder
Storing Simulation Results
Storing Feeder Results
ForeachLCT
Creation of LV feeders Creation of profiles
Características principales
Monte Carlo Simulations
Times Series Analysis
3φ unbalance power flow
Evaluando los impactos
– De cada simulación se obtiene los voltajes y corrientes para cada uno de
los periodos del día para cada uno de los nodos de la red.
0
20
40
60
80 0
50
100
150
200
250
300
228
230
232
234
236
238
24 hours - 5 minutes Resolution
Voltage Profile in each load
Loads
V
3.9055 3.906 3.9065 3.907 3.9075 3.908 3.9085 3.909 3.9095
x 10
5
3.9285
3.929
3.9295
3.93
3.9305
3.931
3.9315
3.932
x 10
5
[m]
[m]
Evaluando los impactos – flujos diarios de potencia
• Para condensar las simulaciones se
pueden utilizar los siguientes índices:
– Porcentaje de los clientes con
problemas de voltaje.
– Nivel de utilización en la cabecera
del alimentador.
0 100 200 300 400 500 600
0
100
200
300
400
500
[m]
[m]
Network 15
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
PV Penetration [%]
Customers[%]
Feeder 1
Feeder 2
Feeder 3
Feeder 4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
20
40
60
80
100
120
140
PV Penetration [%]
UtilizationLevel[%]
Feeder 1
Feeder 2
Feeder 3
Feeder 4
Feeder 5
Feeder 6
Feeder 7
Voltaje
Congestión
Evaluando los impactos – Ejemplo PV
– Tanto las decisiones de inversión como de operación en redes inteligentes
son relevantes para avanzar en la incorporación LCTs.
– Ejemplos:
• Incorporación de almacenamiento de energía (residencial o a nivel de
la distribuidora).
• Uso de cambiadores de TAP en trasformadores de distribución.
• Conexión de redes radiales de distribución (enmallamiento).
• Equipos de control y comunicación para el manejo de recursos
distribuidos.
Incorporando LCTs – Redes inteligentes
– Pasando de redes normalmente radiales a redes enmalladas o con la
posibilidad de conexión dinámica (estado cambiando a lo largo del día
soft-open points)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
10
20
30
40
50
60
PV Penetration [%]
Customers[%]
Subte1
- Feeder4
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
5
10
15
20
25
PV Penetration [%]
Customers[%]
Subte1
- Feeder4
Caso radial Caso enmallado
Operación enmallada de la red – Redes inteligentes
– Ubicación de baterías en redes de distribución:
• Escala residencial (una por casa)
• Nivel de distribuidora (una por red BT, o por alimentador MT)
Main Grid
Feeder
Part A
Feeder
Part B
Almacenamiento de Energía – Redes inteligentes
– Ubicación de baterías en redes de distribución:
• Escala residencial (una por casa)
• Nivel de distribuidora (una por red BT, o por alimentador MT)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
10
20
30
40
50
60
70
80
PV Penetration [%]
Customers[%]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
2
4
6
8
10
PV Penetration [%]
Customers[%]
Con bateríaSin batería
Almacenamiento de Energía – Redes inteligentes
– Almacenamiento de energía (no es solo baterías): Termos de agua caliente
para los requerimientos diarios de un hogar
Water
Storage
Tank for
Space
Heating
Domestic
Hot
Water
Storage
EHP
DHW
(DT)Losses
(LT)
House Heat
Requirement(Qh)
Losses
(LS)
Storage Heat
Requirement
(QS)
DHW Tank
Requirement(QT)
Room Temperature
(TH)
TS: storage Temperature
TT:DHW temperature
House losses (LH)
Outside
Temperature
Q EHP
Posibilidad de pre-
calentar el hogar
antes del horario de
punta.
Usar capacidad de
almacenamiento no
solo del agua sino
potencialmente
también del edificio.
Almacenamiento de Energía – Redes inteligentes
– Posibilidad de traspasar carga de un periodo a otro, posponiendo o
adelantando el periodo de lavado (lavado + secado de ropa,
lavavajillas)
Normal Modificando el lavado
Ejemplo: Lavadoras
Artefactos inteligentes en el hogar
– Modificación del voltaje de referencia en el trasformador de
distribución (11kV/400V) para disminuir los problemas de voltaje
con la adopción de nuevas tecnologías.
Cambiadores de TAP (OLTC) en redes de distribución
– La posibilidad de control y comunicación permite eliminar casi la
totalidad de los problemas de voltaje en la red analizada.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
10
20
30
40
50
60
PV Penetration [%]
VoltageProblems[%]
Feeder 1
Feeder 2
Feeder 3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
PV Penetration [%]
VoltageProblems[%]
Feeder 1
Feeder 2
Feeder 3
OLTC comunicado con el
último nodo
Cambiadores de TAP (OLTC) en redes de distribución
Como aumentar la confiabilidad de nuestros
sistemas de distribución?
– Los índices en distribución (MT) están asociados a la frecuencia y tiempo
de interrupciones por transformador y capacidad instalada.
– Tasas de falla y tiempos de recuperación son utilizados para el cálculo de
los índices de confiabilidad.
Tiempos de Reparación Tasas de Falla
Confiabilidad en Sistemas de Distribución
– Dada la gran cantidad de elementos y combinaciones de potenciales
fallas y tiempos de recuperación, el análisis de confiabilidad se
realiza utilizando la metodología de Monte Carlo (1000 sim.).
3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3
x 10
4
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
Histograma de Índices resultantes de las 1000 simulaciones
Ejemplo: TTIK
Confiabilidad en Sistemas de Distribución
TTIK: Tiempo total de
interrupción por kVA.
– Para cumplir con los estándares exigidos por la autoridad, la
aproximación tradicional corresponde a la utilización de respaldos:
SE SE
Alimentador 1 Alimentador 2
Alimentador 3
Alimentador 4
Isla 1.1
Isla 2.1
Isla 2.2
Isla 3.1
Isla 3.2
Isla 4.1
Isla 4.2Isla 2.1
RESPALDO
1. Cada alimentador es
seccionado en “islas” de 1/3
de la capacidad total.
2. Se trazan los respaldos por
distancia mínima entre islas
de alimentadores distintos.
3. Se define el trazado troncal:
grafo que conecta las islas y
respaldo, con la capacidad de
suministrar el respaldo.
Confiabilidad en Sistemas de Distribución - Respaldos
– En este esquema de respaldo son fundamentales los tiempos de
maniobra para el traspaso de carga.
SE SE
Alimentador 1 Alimentador 2
Alimentador 3
Alimentador 4
Isla 1.1
Isla 2.1
Isla 2.2
Isla 3.1
Isla 3.2
Isla 4.1
Isla 4.2Isla 2.1
RESPALDO
Re-conectadores
Seccionalizadores
En este caso, se asume
un tiempo para la
maniobra de traspaso de
carga de 45 minutos
(promedio DNO)
Esquema de Respaldos en distribución
– Mejoramiento del indicador dada la presencia del respaldo.
Sin Respaldo Con Respaldo Manual
0 2 4 6 8 10 12 14
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
TTIK del Alimentador 196
TTIK
NumYears
Resultados del análisis de confiabilidad - Ejemplo
– ¿Qué pasa si agregamos automatismos a nuestro sistema de
distribución?
– Por ejemplo al considerar que los tiempos de los equipos de maniobra son
cero (reconectadores telecomandados para el traspaso de carga)
Sin Respaldo Con Respaldo Automático
0 2 4 6 8 10 12 14
0
50
100
150
200
250
TTIK del Alimentador 196
TTIK
NumYears
Confiabilidad en Redes Inteligentes !!!
– Los problemas técnicos debidos a la incorporación de LCTs
dependerán de las características de cada red. Sin embargo se
observa que para niveles de 20-30% de penetración no hay
problemas significativos.
– Si los niveles de penetración de LCTs aumentan, hoy tenemos las
tecnologías inteligentes para minimizar sus impactos, retardando la
ocurrencia de problemas técnicos.
– La incorporación de equipos inteligentes ayuda a mejorar
considerablemente los índices de confiabilidad exigidos por la
autoridad.
Consideraciones Finales
Movernos hacia una mayor participación de las LCTs depende de
nosotros, debemos entonces preguntarnos si queremos avanzar
realmente en esta dirección?
-1 0 1 2 3 4 5 6 7
x 10
4
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
x 10
4
Como hacer de las redes inteligentes alternativas de inversión y operación en los
procesos y prácticas de regulación y planificación (de autoridades y distribuidoras)
de las redes de distribución considerando su naturaleza de gran tamaño?
35
El Gran Desafío !!!!! en mi humilde opinion
Problema complejo a resolver:
Por ejemplo en el caso de Santiago se tiene:
• ~1,700,000 clientes.
• ~20,000 MV/LV transformadores
• ~9,500 km de redes de baja tensión
• ~5,000 km de redes de media tensión
3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1
x 10
4
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
x 10
4
V-ELEC 07 Redes Inteligentes: Mejorando la confiabilidad y facilitando la incorporación de tecnologías bajas en emisiones
1 sur 36

Recommandé

V-ELEC 13 Estrategia para Desarrollar una Sociedad Sostenible par
V-ELEC 13 Estrategia para Desarrollar una Sociedad SostenibleV-ELEC 13 Estrategia para Desarrollar una Sociedad Sostenible
V-ELEC 13 Estrategia para Desarrollar una Sociedad SostenibleComunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.5K vues28 diapositives
V-ELEC 11 Gestión estratégica de la energía - La Evolución de la Iluminación par
V-ELEC 11 Gestión estratégica de la energía - La Evolución de la IluminaciónV-ELEC 11 Gestión estratégica de la energía - La Evolución de la Iluminación
V-ELEC 11 Gestión estratégica de la energía - La Evolución de la IluminaciónComunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.4K vues33 diapositives
V-ELEC 06 Tecnologías de Almacenamiento de Energía para favorecer y extender ... par
V-ELEC 06 Tecnologías de Almacenamiento de Energía para favorecer y extender ...V-ELEC 06 Tecnologías de Almacenamiento de Energía para favorecer y extender ...
V-ELEC 06 Tecnologías de Almacenamiento de Energía para favorecer y extender ...Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.6K vues55 diapositives
XI-FIER 16 Experiencia sobre Proyectos em Ejecución de Ciudades Inteligentes ... par
XI-FIER 16 Experiencia sobre Proyectos em Ejecución de Ciudades Inteligentes ...XI-FIER 16 Experiencia sobre Proyectos em Ejecución de Ciudades Inteligentes ...
XI-FIER 16 Experiencia sobre Proyectos em Ejecución de Ciudades Inteligentes ...Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.7K vues18 diapositives
V-ELEC 10 Consideraciones técnicas, comerciales, sociales y legales para la p... par
V-ELEC 10 Consideraciones técnicas, comerciales, sociales y legales para la p...V-ELEC 10 Consideraciones técnicas, comerciales, sociales y legales para la p...
V-ELEC 10 Consideraciones técnicas, comerciales, sociales y legales para la p...Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.6K vues14 diapositives
V-ELEC 02 Marcos Regulatorios para alta penetración de renovables par
V-ELEC 02 Marcos Regulatorios para alta penetración de renovablesV-ELEC 02 Marcos Regulatorios para alta penetración de renovables
V-ELEC 02 Marcos Regulatorios para alta penetración de renovablesComunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.7K vues16 diapositives

Contenu connexe

Tendances

Convirtiendo la energía en un nuevo y poderoso motor de cambio par
Convirtiendo la energía en un nuevo y poderoso motor de cambioConvirtiendo la energía en un nuevo y poderoso motor de cambio
Convirtiendo la energía en un nuevo y poderoso motor de cambioCámara Colombiana de la Energía
244 vues27 diapositives
EFICIENCIA ENERGÉTICA UNA OPCIÒN MAS RENTABLE PARA LAS EMPRESAS par
EFICIENCIA ENERGÉTICA UNA OPCIÒN MAS RENTABLE PARA LAS EMPRESASEFICIENCIA ENERGÉTICA UNA OPCIÒN MAS RENTABLE PARA LAS EMPRESAS
EFICIENCIA ENERGÉTICA UNA OPCIÒN MAS RENTABLE PARA LAS EMPRESASCámara Colombiana de la Energía
534 vues15 diapositives
Eficiencia Energética en la industria 4.0 par
Eficiencia Energética en la industria 4.0Eficiencia Energética en la industria 4.0
Eficiencia Energética en la industria 4.0Cámara Colombiana de la Energía
409 vues10 diapositives
Autocosumo y la Generación Distribuida par
Autocosumo  y la Generación DistribuidaAutocosumo  y la Generación Distribuida
Autocosumo y la Generación DistribuidaRoberto Carlos Tamayo Pereyra
1.1K vues72 diapositives
Alumbrado publico par
Alumbrado publicoAlumbrado publico
Alumbrado publicoRafa Veras
337 vues19 diapositives
Hacia dónde va el país en Eficiencia Energética par
Hacia dónde va el país en Eficiencia Energética Hacia dónde va el país en Eficiencia Energética
Hacia dónde va el país en Eficiencia Energética Cámara Colombiana de la Energía
145 vues21 diapositives

Tendances(20)

Alumbrado publico par Rafa Veras
Alumbrado publicoAlumbrado publico
Alumbrado publico
Rafa Veras337 vues
Experiências da America Latina e Caribe em Eficiência Energética par slides-mci
Experiências da America Latina e Caribe em Eficiência EnergéticaExperiências da America Latina e Caribe em Eficiência Energética
Experiências da America Latina e Caribe em Eficiência Energética
slides-mci2.3K vues
Autoconsumo Fotovoltaica aBEWO Consulting par aBEWO Consulting
Autoconsumo Fotovoltaica aBEWO ConsultingAutoconsumo Fotovoltaica aBEWO Consulting
Autoconsumo Fotovoltaica aBEWO Consulting
aBEWO Consulting234 vues
Ámbito de Especialización Inteligente: Energía - Basque Innovation par Basque Innovation
Ámbito de Especialización Inteligente: Energía - Basque InnovationÁmbito de Especialización Inteligente: Energía - Basque Innovation
Ámbito de Especialización Inteligente: Energía - Basque Innovation

En vedette

V-ELEC 04 Integración de Energía Solar a Las Redes Eléctricas Inteligentes par
V-ELEC 04 Integración de Energía Solar a Las Redes Eléctricas InteligentesV-ELEC 04 Integración de Energía Solar a Las Redes Eléctricas Inteligentes
V-ELEC 04 Integración de Energía Solar a Las Redes Eléctricas InteligentesComunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.8K vues26 diapositives
V-ELEC 01 Regulación de la Transmisión y Distribución en Colombia -OLADE par
V-ELEC 01 Regulación de la Transmisión y Distribución en Colombia -OLADEV-ELEC 01 Regulación de la Transmisión y Distribución en Colombia -OLADE
V-ELEC 01 Regulación de la Transmisión y Distribución en Colombia -OLADEComunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
3K vues41 diapositives
XI-FIER 09 Proceso de integración del sector eléctrico africano par
XI-FIER 09 Proceso de integración del sector eléctrico africanoXI-FIER 09 Proceso de integración del sector eléctrico africano
XI-FIER 09 Proceso de integración del sector eléctrico africanoComunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.7K vues26 diapositives
XI-FIER 06 Sistema de Interconexión Eléctrica Andina (SINEA) par
XI-FIER 06 Sistema de Interconexión Eléctrica Andina (SINEA)XI-FIER 06 Sistema de Interconexión Eléctrica Andina (SINEA)
XI-FIER 06 Sistema de Interconexión Eléctrica Andina (SINEA)Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
3.1K vues21 diapositives

En vedette(20)

Similaire à V-ELEC 07 Redes Inteligentes: Mejorando la confiabilidad y facilitando la incorporación de tecnologías bajas en emisiones

Corporación Tecnológica New Line - Reguladores y Transformadores par
Corporación Tecnológica New Line - Reguladores y TransformadoresCorporación Tecnológica New Line - Reguladores y Transformadores
Corporación Tecnológica New Line - Reguladores y TransformadoresNEWLINE Marketing
1.1K vues64 diapositives
Administración de la Energía par
Administración de la EnergíaAdministración de la Energía
Administración de la EnergíaEdison Almagro
647 vues128 diapositives
Ca 109-es-1311 par
Ca 109-es-1311Ca 109-es-1311
Ca 109-es-1311JuanJosArigel
369 vues24 diapositives
Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016) par
Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016)Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016)
Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016)Efren Franco
430 vues38 diapositives
proceso de diseño-ingenieria.docx par
proceso de diseño-ingenieria.docxproceso de diseño-ingenieria.docx
proceso de diseño-ingenieria.docxjuan galicia
28 vues14 diapositives
Redadaptada optimizacion lineal par
Redadaptada optimizacion linealRedadaptada optimizacion lineal
Redadaptada optimizacion linealCesar Tipan
1K vues176 diapositives

Similaire à V-ELEC 07 Redes Inteligentes: Mejorando la confiabilidad y facilitando la incorporación de tecnologías bajas en emisiones(20)

Corporación Tecnológica New Line - Reguladores y Transformadores par NEWLINE Marketing
Corporación Tecnológica New Line - Reguladores y TransformadoresCorporación Tecnológica New Line - Reguladores y Transformadores
Corporación Tecnológica New Line - Reguladores y Transformadores
NEWLINE Marketing1.1K vues
Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016) par Efren Franco
Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016)Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016)
Calidad de la Energía. Medición de prácticas actuales, (ICA-Procobre, Sep. 2016)
Efren Franco430 vues
proceso de diseño-ingenieria.docx par juan galicia
proceso de diseño-ingenieria.docxproceso de diseño-ingenieria.docx
proceso de diseño-ingenieria.docx
juan galicia28 vues
Redadaptada optimizacion lineal par Cesar Tipan
Redadaptada optimizacion linealRedadaptada optimizacion lineal
Redadaptada optimizacion lineal
Cesar Tipan1K vues
Caso de Éxito Gestión de la Energía. Instalación de paneles fotovoltaicos par... par Efren Franco
Caso de Éxito Gestión de la Energía. Instalación de paneles fotovoltaicos par...Caso de Éxito Gestión de la Energía. Instalación de paneles fotovoltaicos par...
Caso de Éxito Gestión de la Energía. Instalación de paneles fotovoltaicos par...
Efren Franco447 vues
jitorres_Sistemas de Distribución - Ing. Rolando Rincón (3).pdf par STIVENSAITHCAMACHOHE
jitorres_Sistemas de Distribución - Ing. Rolando Rincón (3).pdfjitorres_Sistemas de Distribución - Ing. Rolando Rincón (3).pdf
jitorres_Sistemas de Distribución - Ing. Rolando Rincón (3).pdf
Instalacion electrica y sistema puesta a tierra calvo par Monito Solo Rap
Instalacion electrica y sistema puesta a tierra calvoInstalacion electrica y sistema puesta a tierra calvo
Instalacion electrica y sistema puesta a tierra calvo
Monito Solo Rap1.4K vues
Sinapse energia municipalia telegestion_alumbrado_publico_radiofrecuencia par SINAPSE ENERGÍA
Sinapse energia municipalia telegestion_alumbrado_publico_radiofrecuenciaSinapse energia municipalia telegestion_alumbrado_publico_radiofrecuencia
Sinapse energia municipalia telegestion_alumbrado_publico_radiofrecuencia
SINAPSE ENERGÍA800 vues
Diseño del suministro eléctrico de una vivienda.pdf par AndreaNoguera24
Diseño del suministro eléctrico de una vivienda.pdfDiseño del suministro eléctrico de una vivienda.pdf
Diseño del suministro eléctrico de una vivienda.pdf
AndreaNoguera2434 vues
Sistemas electricos par Jose68162
Sistemas electricosSistemas electricos
Sistemas electricos
Jose68162101 vues
Soluciones, evaluaciones y verificaciones de proyectos de Alumbrado Público M... par Efren Franco
Soluciones, evaluaciones y verificaciones de proyectos de Alumbrado Público M...Soluciones, evaluaciones y verificaciones de proyectos de Alumbrado Público M...
Soluciones, evaluaciones y verificaciones de proyectos de Alumbrado Público M...
Efren Franco1.8K vues
Data center caso de exito proy. procura inst. commissioning par Lander Ramos Sanchez
Data center caso de exito   proy. procura inst. commissioningData center caso de exito   proy. procura inst. commissioning
Data center caso de exito proy. procura inst. commissioning
ELCTRIC NIGHT GERENCIA DE PROYECTO par hitwinenze
ELCTRIC NIGHT GERENCIA DE PROYECTOELCTRIC NIGHT GERENCIA DE PROYECTO
ELCTRIC NIGHT GERENCIA DE PROYECTO
hitwinenze72 vues

Plus de Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía

SE4ALL 09 Modelo de Simulación y Análisis de la Matriz Energética –SAME- par
SE4ALL 09 Modelo de Simulación y Análisis de la Matriz Energética –SAME-SE4ALL 09 Modelo de Simulación y Análisis de la Matriz Energética –SAME-
SE4ALL 09 Modelo de Simulación y Análisis de la Matriz Energética –SAME-Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.3K vues16 diapositives
V-ELEC 08 Redes Eléctricas Inteligentes para disminuir las Pérdidas de Electr... par
V-ELEC 08 Redes Eléctricas Inteligentes para disminuir las Pérdidas de Electr...V-ELEC 08 Redes Eléctricas Inteligentes para disminuir las Pérdidas de Electr...
V-ELEC 08 Redes Eléctricas Inteligentes para disminuir las Pérdidas de Electr...Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
3.2K vues21 diapositives
V-ELEC 12 Redes Inteligentes en la Region LAC, vision 2030 par
V-ELEC 12 Redes Inteligentes en la Region LAC, vision 2030V-ELEC 12 Redes Inteligentes en la Region LAC, vision 2030
V-ELEC 12 Redes Inteligentes en la Region LAC, vision 2030Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
3.2K vues27 diapositives
V-ELEC 15 REDES ELECTRICAS INTELIGENTES Estrategias para su inserción en la ... par
V-ELEC 15 REDES ELECTRICAS INTELIGENTES Estrategias para su inserción en la ...V-ELEC 15 REDES ELECTRICAS INTELIGENTES Estrategias para su inserción en la ...
V-ELEC 15 REDES ELECTRICAS INTELIGENTES Estrategias para su inserción en la ...Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
523 vues24 diapositives
XI-FIER 11 Integración de las energías renovables no convencionales en Améri... par
XI-FIER 11 Integración de las energías renovables  no convencionales en Améri...XI-FIER 11 Integración de las energías renovables  no convencionales en Améri...
XI-FIER 11 Integración de las energías renovables no convencionales en Améri...Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía
2.7K vues37 diapositives

Plus de Comunicación OLADE Organización Latinoamericana de Energía(9)

V-ELEC 07 Redes Inteligentes: Mejorando la confiabilidad y facilitando la incorporación de tecnologías bajas en emisiones

  • 1. Redes Inteligentes: Mejorando la confiabilidad y facilitando la incorporación de tecnologías bajas en emisiones Alejandro Navarro Espinosa, PhD Consultor Experto – Systep Ingeniería y Diseños Investigador Senior – Centro de Energía de la Universidad de Chile Sesión 8 Ciudad de Panamá, Panamá Septiembre, 2016
  • 2. Antes de empezar…. • Los resultados indicados en esta presentación han sido construidos en diversas colaboraciones con: • Dr. Luis Nando Ochoa de la Universidad de Manchester. • Dr. Rodrigo Moreno de la Universidad de Chile. • Dr. Hugh Rudnick de la consultora Systep.
  • 3. Motivación: Por que estamos acá? • Movernos a una economía baja en carbono es fundamental para enfrentar el cambio climático. • La adopción residencial de tecnologías bajas en emisiones de carbono (LCT) puede ayudar a alcanzar este objetivo. • Estas LCT pueden producir impactos técnicos en las redes de distribución. • Para facilitar la adopción de estas tecnologías en las redes de distribución se requiere entender detalladamente sus impactos, para que así las potenciales soluciones puedan ser desarrolladas e implementadas.
  • 4. Un poco de contexto: Sistema Eléctrico Tradicional Generación Transmisión Distribución
  • 5. Hacia donde nos estamos moviendo: Sistemas Inteligentes 5 Control Control SPS SPS
  • 6. De qué nos preocuparemos hoy? Control Control SPS SPS Sistema de Distribución, que representan básicamente donde se conectan nuestros hogares
  • 7. De qué nos preocuparemos hoy? Control Control SPS SPS Particularmente de las redes inteligentes en los sistemas de distribución para: • Facilitar la adopción de tecnologías bajas en emisiones de carbono a nivel residencial. • Aumentar la confiabilidad de los sistemas de distribución.
  • 8. Como facilitar la adopción de tecnologías bajas en emisiones de carbono (LCT) en la red de distribución?
  • 9. Sistemas de Distribución y LCT 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 [m] [m] Feeder 3 Feeder 4 Feeder 5 Feeder 2 Feeder 6 Feeder 7 Feeder 1 Consumos Residenciales Vehículos Eléctricos Paneles Solares Bombas de Calor Micro - cogeneración Redes de Distribución
  • 10. Elementos relevantes de las LCTs • Estas tecnologías se conectan principalmente en baja tensión (consumos residenciales), donde las distribuidoras a la fecha no tienen un conocimiento detallado de las mismas. • Estas tecnologías avanzan paulatinamente hacia la electrificación del vector de energía (electricidad, calor, transporte). • Podrían ser incorporadas por clientes residenciales sin conocimiento explícito por parte de la distribuidora (localización aleatoria en la red de distribución). • Los tamaños de la tecnología serán diversos en función de las elecciones y necesidades de los clientes (tamaños aleatorios de la tecnología).
  • 11. Elementos relevantes de las LCTs • Las redes de distribución a las cuales se conectan las LCTs no fueron diseñadas pensando en su incorporación. Power Power
  • 12. Paneles solares que de acuerdo al nivel de adopción (% de las casas con instalaciones solares) y del tamaño (i.e., 0.5 – 4 kW) puede revertir flujos de potencia, provocar alza en voltajes y sobrecarga en las instalaciones. 0 50 100 150 200 250 300 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 24 Hours - 5 min resolution [kW] Profile 1 Profile 2 Profile 3 0 50 100 150 200 250 300 0 200 400 600 800 1000 1200 24 hours - 5 minutes resolution [W/m2] Ejemplo radiación solar Perfiles de generación solar Producción de residencial de electricidad
  • 13. – Vehículos eléctricos, cargas al sistema de distribución, la energía para su movimiento es almacenada en baterías que son suministradas a través de la red eléctrica (i.e., 24 kWh, 3.5 kW). – Su consumo depende del patrón de uso y de carga que realicen sus dueños. 0 50 100 150 200 250 300 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 24 Hours - 5 min resolution [kW] Profile 1 Profile 2 Profile 3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 24 hours - 15 minutes resolution Probability[%] 0 5 10 15 20 25 0 2 4 6 8 10 12 14 Energy Demanded [kWh] Probability[%] Electrificación del transportePerfilesdevehículoseléctricos
  • 14. – Bombas de calor, nuevas cargas eléctricas, que mueven calor desde fuera del hogar al interior del mismo, para lo cual requieren consumir electricidad desde la red (alta eficiencia), con tamaños de entre 2 a 7 kW. – El patrón de consumo dependerá de los requerimientos de calor del hogar (temperatura ambiental, temperatura del hogar, aislación de la casa, mecanismos de transferencia). 0 50 100 150 200 250 300 -5 0 5 10 ºC 24 Hours - 5 min resolution 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 kW Temperature Auxiliary Heater EHP Consumption EHP Production 0 50 100 150 200 250 300 -5 0 5 10 ºC 24 Hours - 5 min resolution 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 kW Temperature Auxiliary Heater EHP Consumption EHP Production Electrificación del calor Perfiles Bombas de Calor
  • 15. – Las nuevas tecnologías varían su comportamiento a lo largo del día y por tanto sus potenciales impactos dependerán también temporalmente de su coincidencia con la carga (importancia de la dimensión temporal) . 0 50 100 150 200 250 300 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 24 Hours - 5 min resolution [kW] Profile 1 Profile 2 Profile 3 Diversidad en el comportamiento de los clientes en forma individual Demanda Residencial 0 50 100 150 200 250 300 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 24 hours-5 min resolution [kW] Load consumption PV generation Net Load Coincidencia temporal de la carga y las LCTs
  • 16. – Es clave: modelar la temporalidad de las nuevas tecnologías y de la carga, la aleatoriedad de su ubicación y tamaño, y la característica desbalanceada de las redes de distribución. Random allocation of loads Random allocation of LCT Three phase four wire simulation Metric Determination: Voltage Issues and Congestion Foreachpenetrationlevel Foreachsimulation Foreachfeeder Storing Simulation Results Storing Feeder Results ForeachLCT Creation of LV feeders Creation of profiles Características principales Monte Carlo Simulations Times Series Analysis 3φ unbalance power flow Evaluando los impactos
  • 17. – De cada simulación se obtiene los voltajes y corrientes para cada uno de los periodos del día para cada uno de los nodos de la red. 0 20 40 60 80 0 50 100 150 200 250 300 228 230 232 234 236 238 24 hours - 5 minutes Resolution Voltage Profile in each load Loads V 3.9055 3.906 3.9065 3.907 3.9075 3.908 3.9085 3.909 3.9095 x 10 5 3.9285 3.929 3.9295 3.93 3.9305 3.931 3.9315 3.932 x 10 5 [m] [m] Evaluando los impactos – flujos diarios de potencia
  • 18. • Para condensar las simulaciones se pueden utilizar los siguientes índices: – Porcentaje de los clientes con problemas de voltaje. – Nivel de utilización en la cabecera del alimentador. 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 [m] [m] Network 15 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 PV Penetration [%] Customers[%] Feeder 1 Feeder 2 Feeder 3 Feeder 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 120 140 PV Penetration [%] UtilizationLevel[%] Feeder 1 Feeder 2 Feeder 3 Feeder 4 Feeder 5 Feeder 6 Feeder 7 Voltaje Congestión Evaluando los impactos – Ejemplo PV
  • 19. – Tanto las decisiones de inversión como de operación en redes inteligentes son relevantes para avanzar en la incorporación LCTs. – Ejemplos: • Incorporación de almacenamiento de energía (residencial o a nivel de la distribuidora). • Uso de cambiadores de TAP en trasformadores de distribución. • Conexión de redes radiales de distribución (enmallamiento). • Equipos de control y comunicación para el manejo de recursos distribuidos. Incorporando LCTs – Redes inteligentes
  • 20. – Pasando de redes normalmente radiales a redes enmalladas o con la posibilidad de conexión dinámica (estado cambiando a lo largo del día soft-open points) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 PV Penetration [%] Customers[%] Subte1 - Feeder4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 5 10 15 20 25 PV Penetration [%] Customers[%] Subte1 - Feeder4 Caso radial Caso enmallado Operación enmallada de la red – Redes inteligentes
  • 21. – Ubicación de baterías en redes de distribución: • Escala residencial (una por casa) • Nivel de distribuidora (una por red BT, o por alimentador MT) Main Grid Feeder Part A Feeder Part B Almacenamiento de Energía – Redes inteligentes
  • 22. – Ubicación de baterías en redes de distribución: • Escala residencial (una por casa) • Nivel de distribuidora (una por red BT, o por alimentador MT) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 70 80 PV Penetration [%] Customers[%] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 2 4 6 8 10 PV Penetration [%] Customers[%] Con bateríaSin batería Almacenamiento de Energía – Redes inteligentes
  • 23. – Almacenamiento de energía (no es solo baterías): Termos de agua caliente para los requerimientos diarios de un hogar Water Storage Tank for Space Heating Domestic Hot Water Storage EHP DHW (DT)Losses (LT) House Heat Requirement(Qh) Losses (LS) Storage Heat Requirement (QS) DHW Tank Requirement(QT) Room Temperature (TH) TS: storage Temperature TT:DHW temperature House losses (LH) Outside Temperature Q EHP Posibilidad de pre- calentar el hogar antes del horario de punta. Usar capacidad de almacenamiento no solo del agua sino potencialmente también del edificio. Almacenamiento de Energía – Redes inteligentes
  • 24. – Posibilidad de traspasar carga de un periodo a otro, posponiendo o adelantando el periodo de lavado (lavado + secado de ropa, lavavajillas) Normal Modificando el lavado Ejemplo: Lavadoras Artefactos inteligentes en el hogar
  • 25. – Modificación del voltaje de referencia en el trasformador de distribución (11kV/400V) para disminuir los problemas de voltaje con la adopción de nuevas tecnologías. Cambiadores de TAP (OLTC) en redes de distribución
  • 26. – La posibilidad de control y comunicación permite eliminar casi la totalidad de los problemas de voltaje en la red analizada. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 10 20 30 40 50 60 PV Penetration [%] VoltageProblems[%] Feeder 1 Feeder 2 Feeder 3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 PV Penetration [%] VoltageProblems[%] Feeder 1 Feeder 2 Feeder 3 OLTC comunicado con el último nodo Cambiadores de TAP (OLTC) en redes de distribución
  • 27. Como aumentar la confiabilidad de nuestros sistemas de distribución?
  • 28. – Los índices en distribución (MT) están asociados a la frecuencia y tiempo de interrupciones por transformador y capacidad instalada. – Tasas de falla y tiempos de recuperación son utilizados para el cálculo de los índices de confiabilidad. Tiempos de Reparación Tasas de Falla Confiabilidad en Sistemas de Distribución
  • 29. – Dada la gran cantidad de elementos y combinaciones de potenciales fallas y tiempos de recuperación, el análisis de confiabilidad se realiza utilizando la metodología de Monte Carlo (1000 sim.). 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.3 x 10 4 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 Histograma de Índices resultantes de las 1000 simulaciones Ejemplo: TTIK Confiabilidad en Sistemas de Distribución TTIK: Tiempo total de interrupción por kVA.
  • 30. – Para cumplir con los estándares exigidos por la autoridad, la aproximación tradicional corresponde a la utilización de respaldos: SE SE Alimentador 1 Alimentador 2 Alimentador 3 Alimentador 4 Isla 1.1 Isla 2.1 Isla 2.2 Isla 3.1 Isla 3.2 Isla 4.1 Isla 4.2Isla 2.1 RESPALDO 1. Cada alimentador es seccionado en “islas” de 1/3 de la capacidad total. 2. Se trazan los respaldos por distancia mínima entre islas de alimentadores distintos. 3. Se define el trazado troncal: grafo que conecta las islas y respaldo, con la capacidad de suministrar el respaldo. Confiabilidad en Sistemas de Distribución - Respaldos
  • 31. – En este esquema de respaldo son fundamentales los tiempos de maniobra para el traspaso de carga. SE SE Alimentador 1 Alimentador 2 Alimentador 3 Alimentador 4 Isla 1.1 Isla 2.1 Isla 2.2 Isla 3.1 Isla 3.2 Isla 4.1 Isla 4.2Isla 2.1 RESPALDO Re-conectadores Seccionalizadores En este caso, se asume un tiempo para la maniobra de traspaso de carga de 45 minutos (promedio DNO) Esquema de Respaldos en distribución
  • 32. – Mejoramiento del indicador dada la presencia del respaldo. Sin Respaldo Con Respaldo Manual 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 TTIK del Alimentador 196 TTIK NumYears Resultados del análisis de confiabilidad - Ejemplo
  • 33. – ¿Qué pasa si agregamos automatismos a nuestro sistema de distribución? – Por ejemplo al considerar que los tiempos de los equipos de maniobra son cero (reconectadores telecomandados para el traspaso de carga) Sin Respaldo Con Respaldo Automático 0 2 4 6 8 10 12 14 0 50 100 150 200 250 TTIK del Alimentador 196 TTIK NumYears Confiabilidad en Redes Inteligentes !!!
  • 34. – Los problemas técnicos debidos a la incorporación de LCTs dependerán de las características de cada red. Sin embargo se observa que para niveles de 20-30% de penetración no hay problemas significativos. – Si los niveles de penetración de LCTs aumentan, hoy tenemos las tecnologías inteligentes para minimizar sus impactos, retardando la ocurrencia de problemas técnicos. – La incorporación de equipos inteligentes ayuda a mejorar considerablemente los índices de confiabilidad exigidos por la autoridad. Consideraciones Finales Movernos hacia una mayor participación de las LCTs depende de nosotros, debemos entonces preguntarnos si queremos avanzar realmente en esta dirección?
  • 35. -1 0 1 2 3 4 5 6 7 x 10 4 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 x 10 4 Como hacer de las redes inteligentes alternativas de inversión y operación en los procesos y prácticas de regulación y planificación (de autoridades y distribuidoras) de las redes de distribución considerando su naturaleza de gran tamaño? 35 El Gran Desafío !!!!! en mi humilde opinion Problema complejo a resolver: Por ejemplo en el caso de Santiago se tiene: • ~1,700,000 clientes. • ~20,000 MV/LV transformadores • ~9,500 km de redes de baja tensión • ~5,000 km de redes de media tensión 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 x 10 4 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 x 10 4