Análisis de los Servicios Complementarios para el …...PSR | DI-AVANTE | Wolak | Inostroza Contexto Actual del SIN Para los próximos años se prevé un cambio estructural en la

Análisis de los Servicios Complementarios para el Sistema

Interconectado Nacional (SIN)

Metodología del Estudios

Octubre de 2018

PSR | DI-AVANTE | Wolak | Inostroza

Contexto Actual del SIN

► Para los próximos años se prevé un

cambio estructural en la matriz de

electricidad de Colombia con la entrada en

servicio masiva de energías renovables

variables

► Al menos dos efectos colaterales se

estiman resultado de la inserción de

energías variables renovables:

Aumento de las necesidades de reserva

operativa

Aumento de los costos de flexibilidad

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Principios rectores del estudio

► Dimensionar adecuadamente los SSCC que se requieren, identificando el origen de

ellos (contingencia, variabilidad de la generación y el consumo, perfil de tensión,

etc.), con especial énfasis en los nuevos requerimientos asociados a energía

renovable intermitente

► Promover la oferta suficiente y de calidad para otorgar los SSCC, asegurando su

adecuada expansión en el mediano y largo plazo, principalmente a través de

señales de eficiencia tanto técnicas como económicas.

► Determinar la correcta asignación a los pagadores de los SSCC, en donde debe

primar el principio básico de que el que causa paga

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Metodología y Estrategia

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Diagnóstico cualitativo delMercado Colombiano, tantopara la situación actualcomo para la futuraproyectada con altapenetración de renovablesy análisis cualitativo de laperformance internacionalde los mercados de SSCC

Análisis técnico-económico de las

implicancias en el SIN de la entrada en operación de

nuevos desarrollos :plantas solares, eólicas,

hidráulicas, térmicas, sistemas de

almacenamiento y equipos para respuesta de

demanda

Análisis de las distintasalternativas reglamentariaspara cada uno de losservicios complementarios,identificando ventajas ydesventajas.

Definición y elaboración de la propuesta para el Mercado Colombiano, la

cual tendrá como principios fundamentales la formación eficiente de precios, señales para la competencia, asignando los costos a quienes los

causan.

Principios rectores: dimensionamiento adecuado de los SSCC; promover la oferta

suficiente y de cualidad para los otorgados; correcta asignación a los pagadores

primando el principio básico de que él que causa paga



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Diagnóstico cualitativo delMercado Colombiano, tantopara la situación actualcomo para la futuraproyectada con altapenetración de renovablesy análisis cualitativo de laperformance internacionalde los mercados de SSCC






demanda

Análisis de las distintas alternativas reglamentarias

para cada uno de los servicios complementarios,

identificando ventajas y desventajas.



causan.





► Diagnóstico de la situación actual de los Servicios Complementarios en el SIN

Prestadores de los servicios

Equipos,

Operación,

Regulación aplicable

Acuerdos del Consejo Nacional de Operación

► Situación futura

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Diagnóstico cualitativo del SIN


► Revisión de la experiencia internacional en:

Mercados en donde se haya presentado la entrada de generación intermitente (eólica, solar,

etc.) y nuevas tecnologías (equipos para la participación de la demanda, sistemas de

almacenamiento, etc).

Situación antes y después de la entrada de generación intermitente, identificando los efectos en

los SSCC

• Características de los prestadores de los servicios

• Ajustes.

► Se analizó Australia, PJM, CAISO, Texas (ERCOT), Nordpool, España, Italia,

Alemania, Chile, Brasil, México y Argentina

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Experiencia Internacional







demanda


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Diagnóstico cualitativo del Mercado Colombiano, tanto

para la situación actual como para la futura proyectada con alta

penetración de renovables y análisis cualitativo de la performance internacional de los mercados de SSCC






causan.





Análisis situación SIN considerando nuevos desarrollos

► Estudios técnico-económicos de las implicancias en el SIN de la entrada en operación de nuevos

desarrollos (plantas solares, eólicas, hidráulicas, térmicas, sistemas de almacenamiento y equipos

para respuesta de demanda).

► Estudios que permitan justificar los impactos en el SIN de la penetración de energía intermitente,

efectos sobre el pronóstico de demanda, pérdida de generación, capacidad de transporte,

etc.,considerando las reservas como restricción (cooptimización de los costos de inversión,

operación, reserva y confiabilidad) o mediante esquemas secuenciales

► Los análisis consideraron que el SIN contará con despacho diario, con escenarios para frecuencia

del despacho intradiario

► Se definen criterios para determinar el dimensionamiento óptimo de las reservas ante distintos

grados de penetración de energía intermitente, identificando los efectos en la composición de la

oferta, necesidad de servicios, esquemas de desconexión, precios de energía y costos

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Metodología del estudio

1. Definición de

supuestos y

escenarios

3. Simulación horaria

detallada de la

operación del

sistema

2. Expansión de la

generación, reservas

y transmisión

4. Estudios eléctricos

(necesidades

potencia reactiva)

5. Verificación de las

simulaciones con la

red eléctrica

detallada

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Sistema de planificación PSR Core


► Expansión óptima de la generación sin tomar en cuenta las reservas probabilísticas

dinámicas1

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Etapa 2-1. Expansión Óptima de Generación


► Expansión óptima de las reservas de generación para manejar la variabilidad de las

VRE del plan del paso 1

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Etapa 2-2. Expansión Óptima de las Reservas


Etapa 2-(1&2). Expansión Óptima de Generación & Reservas

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► Expansión óptima de la transmisión para el plan resultante de los pasos 1+2

(generación + reserva)

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Etapa 2-3. Expansión de la Transmisión


Etapa 3 – Simulación Probabilística Detallada

► En esta etapa se consideran

parámetros detallados tales como:

mínimos técnicos, tiempos de

encendido y detención, tasas de toma

de carga, etc.

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Operación de sistemas eléctricos

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El problema de operación es estocástico debido a la incertidumbre con

respecto a los valores futuros de la demanda, caudales, producción renovable

etc. Esta incertidumbre se representa por un “árbol de decisiones”

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► El número de tramos del árbol crece exponencialmente con el número de

decisiones y etapas. Por ejemplo, 10 decisiones a lo largo de 24 meses (2 años)

1024 ≈ 106 4 = 1millón4

► Los modelos de optimización operativa utilizan técnicas de programación dinámica

estocástica para manejar esta complejidad

Complejidad del problema operativo

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Función de

Costo Futuro

Función de

Costo

Inmediato

Volumen final

Costo

FCI + FCF

Decisión óptima: equilibrio entre los

valores inmediato y futuro del agua


► Escenarios del estudio

► Obras en construcción y desarrollo

► Costos de inversión de generación/transmisión

Ref.: Ministerio de Energía, junio 2017, “Proceso de Planificación Energética de Largo Plazo.

Informe Preliminar”

► Producción renovable

Series históricas de viento y radiación solar

► Criterios para reserva operativa

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Definición de los supuestos del estudio


Escenarios del estudio

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Costos de Inversión (Eólicas)

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Costos de Inversión (Solares)

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Costos de Inversión (Baterias)

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Demás Costos de Inversión

► Otras tecnologías:

CC_GNL: 1,150 US$/kW

Diésel/Fuel Oil: 800 US$/kW

Hidroeléctricas: 2,175 US$/kW (Fuente UPME, Promedio de los Proy. Candidatos)

CA_GNL: 1,000 US$/kW (Fuente UPME, Promedio de los Proy. Candidatos)

Carbón: 1,800 US$/kW (Fuente UPME, Promedio de los Proy. Candidatos)

Otros: 1,400 US$/kW (Fuente UPME, Promedio de los Proy. Candidatos)

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► Criterio de Reserva (R)

Zonas de reservas

Incorpora efecto de ERV R = ƒ(D, G, ERV)

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Criterios para reserva operativa

Demanda

(Error de pronóstico

y variación)

Generación

(Contingencia mayor

unidad)

Reserva óptima

anual

Metodología Tradicional

𝑹𝒂𝒏𝒖𝒂𝒍 = 𝒎𝒊𝒏(𝑪𝑶𝒑𝒆𝒓 + 𝑭𝒂𝒍𝒍𝒂)

Reserva ERV

Generación

(Contingencia mayor

unidad)

Reserva

probabilística

dinámica

Modelación Propuesta

𝑹𝒉 = 𝑫𝒆𝒎𝒂𝒏𝒅𝒂 + 𝒎𝒂𝒙(𝑹𝑮𝒉 , 𝑹𝑬𝑹𝑽

𝒉 )

Demanda

(Error de pronóstico

y variación)


Reserva Probablística por las VRE


Requerimiento de Reserva Operativa (Chile-2030)


► La metodología propuesta para determinar la reserva requerida debido a la

incertidumbre asociada al error de pronóstico de la generación ERV contempla 3

pasos.

Reserva ERV (𝑅𝐸𝑅𝑉)

Paso 1

Error de pronóstico por

hora y por serie 𝛿ℎ𝑠

Paso 2

Diferencia de error de

pronóstico entre horas

consecutivas para cada

serie Δℎ𝑠

Paso 3

Cálculo de Reserva ERV

óptima para hora h, 𝑅𝐸𝑅𝑉∗

bajo criterios de CVaR.


► Para cada hora (ℎ) de cada serie simulada (𝑠) se determina la desviación de la

producción ERV (𝑒ℎ𝑠) con respecto al valor esperado 𝑒ℎ

𝑠 (promedio)

𝛿ℎ𝑠 = 𝑒ℎ

𝑠 − 𝑒ℎ𝑠

► Se interpreta esta desviación (𝛿ℎ𝑠) como el error de pronóstico asociado a cada hora

de producción ERV (para cada serie simulada)

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Reserva ERV (𝑅𝐸𝑅𝑉) – Paso 1


► Se determina la diferencia en el error de pronóstico entre dos horas consecutivas

para cada serie (Δℎ𝑠 ). Esto constituye la necesidad de reserva en giro en cada hora

ℎ para una serie simulada (𝑠):

Δℎ𝑠 = 𝛿ℎ

𝑠 − 𝛿ℎ−1𝑠

Si 𝛿ℎ−1𝑠 = 0 → Δℎ

𝑠 = 𝛿ℎ𝑠 → 𝑅𝐸𝑅𝑉

ℎ,𝑠 = error de pronóstico hora h y serie s

Si 𝛿ℎ−1𝑠 > 0 → Δℎ

𝑠 < 𝛿ℎ𝑠→ 𝑅𝐸𝑅𝑉

ℎ,𝑠 < error de pronóstico hora h y serie s

Si 𝛿ℎ−1𝑠 < 0 → Δℎ

𝑠 > 𝛿ℎ𝑠→ 𝑅𝐸𝑅𝑉

ℎ,𝑠 > error de pronóstico hora h y serie s

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► Se determina el valor de la reserva probabilística de cada hora, 𝑅∗, como la

siguiente expresión:

𝑅𝐸𝑅𝑉∗ = 𝜆 × 𝐸 𝑅 + 1 − 𝜆 × 𝐶𝑉𝑎𝑅90%(𝑅)

𝐸 𝑅 representa el promedio de Δℎ𝑠 para todas las series

𝐶𝑉𝑎𝑅90% es el conditional value at risk de la muestra de diferencias

El peso 𝜆 representa el criterio de riesgo del planificador

En la experiencia de los Consultores con este tipo de criterio de riesgo, 𝜆 = (0.7, 0.8) representa

un compromiso razonable entre confiabilidad y costo

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► La complementariedad de la generación eólica y solar es capturada pues la

expansión se optimiza considerando días típicos con detalle horario

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Complementariedad Eólica – Solar

Eólica


Correlación VRE-Hidrología

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Correlación Eólica x Caudal

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Eólica 2 vs. Hidro 1 Eólica 1 vs. Hidro 1

Eólica 2 Eólica 1Hidro 1Hidro 1






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Diagnóstico cualitativo del Mercado Colombiano, tanto

para la situación actual como para la futura proyectada con alta

penetración de renovables y análisis cualitativo de la performance internacional de los mercados de SSCC






demanda



causan.





Alternativas para cada uno de los servicios complementarios

► Se definen los SSCC propuestos, los productos asociados y las tecnologías que los

pueden otorgar, tanto existentes como nuevas, tanto para:

Servicios de Balance;

de Control de Tensión y

de Recuperación de Servicio

► Se presentan distintas alternativas para reglamentar las diferentes actividades de

los SSCC, identificando ventajas y desventajas.

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Análisis de los Servicios Complementarios para el

Sistema Interconectado Nacional (SIN)

MUCHAS GRACIAS

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