13-12-2009

1

El Generador Virtual como Alternativa de

Suministro EléctricoConferencista NDLP-IEEE

CE-FCFM, Centro de Energía FCFM, Universidad de Chile

Equipo de Desarrollo

Dr. Rodrigo Palma B.Dr. Francisco Gracia Ing. Patricio Mendoza A.Ing. Claudio Vergara R.Dr. Guillermo JiménezIng. Eduardo ArandaIng.Lorenzo Reyes

Centro de EnergíaFacultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile

Departamento de Ingeniería Eléctrica

(DIE, Universidad de Chile)(DIQ, Universidad de Chile)(DIE, Universidad de Chile)(Universidad de Chile)(CE-FCFM, Universidad de Chile)(Universidad de Chile)(Universidad de Chile)

IEEE-PES Chile, Chilectra S.A:

10 de diciembre, 2009

diciembre de 2009

2

ﾰ

Dar a conocer la iniciativa GeVi, propuesta

basada en Generación Distribuida, como

alternativa de Suministro Eléctrico.

OBJETIVO

13-12-2009

2

diciembre de 2009

3

ﾰ

Introducción / Motivación

Generador Virtual

Visión

Objetivos y Metodología

Desafíos, Estado Actual

Conclusiones

Contenido

4

4000

km

Corte Suprema

Presidencia de la República

Ministerio de Economía

Tribunal de la Defensa de la Libre

Competencia

Comisión Nacional de Energía

Superintendencia de Electricidad y Combustibles

Panel de ExpertosCentros de Despacho Económico de Carga

Generación DistribuciónTransmisión

Clientes Libres Clientes Regulados

Sector EléctricoElectricity Sector

Consejo de Ministros

Conama Coremade Energía

Ministerio de

Visión general física / institucional

~12500 MW

Introducción/Motivación Sector eléctrico

13-12-2009

3

PowerQuality

Storage Industry

Solar

Household

Fuel Cell

Wind

Combinedcycle plant

Storage

0,4 kV

10/20 kV

110 kV

Metering

Ref: Handschin, UNIDO.

Ref: KEMA Consulting.

Introducción/Motivación Apuesta Internacional

- Coexistencia con fuentes tradicionales.

- Combinación de múltiples tecnologías(electricidad, calor, gas, vapor y aire comprimido).

- Desarrollo tecnología local.

- Necesidad de generación limpia y controlada.

-Tecnologías de GD competitivas.

- Tendencia redes inteligentes

diciembre de 2009

6

� Laboratorio ISET, � STEAG Project,� Encorp Virtual Power Plant,� Virtual FC Power Plant,� Fenix project (DER Unión Europea)� Otros proyectos relacionados de la Unión 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)

Introducción/Motivación Experiencias Internacionales

Ref: FENIX, ISET

13-12-2009

4

Introducción/Motivación Experiencias Internacionales

• Redes Inteligentes / Smartgrids

Ref: IBM

Tecnología clave que permitiría eldesarrollo de las energías renovables, laadopción de vehículos eléctricos y mejorasen la eficiencia energética.

Red eléctrica transformada (en losniveles de transmisión y distribución)que utiliza sistemas de comunicaciónbidireccionales . Asimismo, el conceptose utiliza como sobrenombre para unaamplia paleta de aplicaciones quepotencian la capacidad de monitoreo ycontrol de una red eléctrica.

Introducción/Motivación Experiencias Internacionales

• Redes Inteligentes / Smartgrids

Ref: IBM

Atributos según Departamento deEnergía de E.E.U.U. :• Permite participación informada delcliente/consumidor,

• Considera todas las opciones degeneración y almacenamiento,

• Habilita nuevos productos, servicios ymercados,

• Provee potencia de calidad para laeconomía digital,

• Optimiza las instalaciones y operaeficientemente,

• Se anticipa y responde anteperturbaciones en el sistema,

• Opera robustamente frente a ataquesy desastres naturales.

13-12-2009

5

diciembre de 2009

9

Introducción/Motivación Experiencias Internacionales

• Olympic Pennynsula Project

– Smart metering– Control automático de demanda

• Smart Grid City Boulder

– Smart metering– Alta penetración de GD– Control de demanda

participativo

• Model City Manheim

– Problema multirecurso (energía + agua + cargas térmicas + transporte)

diciembre de 2009

10

Situación actual en Chile:

Generación distribuida, rareza, granpotencial no explotado!,

posible respuesta a seguridad energética

Introducción/Motivación Oportunidades Energético/Recursos

Source: CNE

Energíarenovable

SIC Capacidadinstalada

[MW]

Potencial[MW]

Mini-Hidráulico

117 20.392

Geotérmico 0 16.000

Eólico 60 40.000

Biomasa 191 13.675

Solar 0 100.000

Total 368 190.067

Source: PREN, U. de Chile,U. Técnica Federico Santa María, 2008

13-12-2009

6

Introducción/Motivación Desarrollo nacional

Definición en Chile, Ley Corta, Ley Renovables, DS 244

diciembre de 2009

12

ﾰ

Introducción / Motivación

Generador Virtual

Visión

Objetivos y Metodología

Desafíos, Estado Actual

Conclusiones

Contenido

13-12-2009

7

diciembre de 2009

13

Definiciones

•GeVi: Grupo de generadores distribuidos (GD) operando bajo un esquema de coordinación común.• GD: Generación deelectricidad con unidades de pequeña escala ubicadas en la cercanía de los consumos.

Ventajas

• Operación coordinada permite entregar

funcionalidades adicionales.

• Alta diversidad de fuentes y soluciones tecnológicas.

PowerQuality

StorageIndustry

Solar

Household

Fuel Cell

Wind

Combinedcycle plant

Storage

0,4 kV

10/20 kV

110 kV

Metering

GeneradorConvencional

GeneradorEólico

Cargas

PanelesSolares

Referencia

Generación

Generación

Consumo

Generación

BaseDatos

UnidadControl

Moni-toreo

Manejo

Generador Virtual Definición

diciembre de 2009

14

Generador Virtual GeVi en Redes de Distribución

Sistema interconectado

13-12-2009

8

Red de Dx

Tendido eléctrico corto

(r ≈ x)Trafo bajada

(tap)

Equipo de compensa-ción (L , C,

“P”)

Consumo “baja”

potencia (domicilio, industria)

Trafo Booster

Generación distribuida (renovable,

diesel)

Acumuladores (baterías, embalses)

Elementos de

protección

Generador Virtual GeVi en Redes de Distribución

Estándar IEEE 1547

Generador Virtual Estándares existentes

13-12-2009

9

diciembre de 2009

17

ﾰ

Introducción / Motivación

Generador Virtual

Visión

Objetivos y Metodología

Desafíos, Estado Actual

Conclusiones

Contenido

diciembre de 2009

18

- Tendencia mundial hacia redes inteligentes y generación distribuida comoaporte a la generación de gran escala

- Actualmente Chile depende en forma importante de otros países para suabastecimiento energético

- En Chile existe una gran cantidad de recursos energéticos desaprovechados

- Los precios de los combustibles son elevados

- Se está haciendo competitivo invertir en tecnología para fuentes de bajapotencia en un contexto coordinado

VPP

Visión

13-12-2009

10

diciembre de 2009

Visión

Algunos servicios:

Operación en islaGestión de RedesExportador de Energía

Modos de Operación:

Exportador Puro (Generador)Administrador de Redes (Distribuidora/Mineras)Auto-Sustentable (Consumidor Doméstico)Industrial (Empresas Privadas)

GeotermiaGeotermiaEólicoEólico

SolarSolar

HidráulicaHidráulica

BiomasaBiomasa

13-12-2009

11

FALLAOPERACIÓN

ENISLA

DESCONEXIÓNRECONEXIÓN

Sistema aislado / elec. rural Sistema conectado / GeVi

- Entrega solución de servicio básico.- Posibilita operación de sistema híbrido- Mejoramiento de calidad de vida- Calidad de servicio media- Innovación media.- Obsolescencia

- Cambio de paradigma en energización- Venta de energía al sistema.- Nuevas oportunidades de negocio- Calidad de servicio alta- Innovador a nivel internacional

Visión Aislado vs Conectado

13-12-2009

12

Visión Aislado vs Conectado

~= ~=

~=~=

~=

Ejemplo de sistema híbrido aislado

~= ~=

~=~=

~=

Nivel de carga

Nivel de reserva de diesel

Nivel de estanque

agua potable

Nivel de estanqueagua

Nivel de cargabiogas

Ejemplo de sistema híbrido aislado

Visión Aislado vs Conectado

13-12-2009

13

diciembre de 2009

25

ﾰ

Introducción / Motivación

Generador Virtual

Visión

Objetivos y Metodología

Desafíos, Estado Actual

Conclusiones

Contenido

diciembre de 2009

26

Tecnología

Contribuir con soluciones tecnológicas para alcanzarseguridad energética del país y mejorar el entorno.

Alcanzar el desarrollo de un GeVi competitivo

concepto general, servicios (mercado), esquema de control, plataforma de comunicación, interfaces, desarrollos tecológicos específico.

Replicabilidad

Aprovechar oportunidad para exportar idea y soluciones.

Primer prototipo GeVi

Que entre en operación en el país a comienzos del año 2010 de manera de validar los modelos y equipos desarrollados.

Objetivos

13-12-2009

14

Objetivos/Metodología Desarrollos por capas y estado de avance

Objetivos/Metodología Desarrollos específicos

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

microhidráulica

2.4 Inversor Controlable

2.5 Interfaz de control de demanda

2.6 Red de pruebas de laboratorio

2.7 EDAC2.8 Contactores de

accionamientos remotos

2.9 Interfaz de la microrred (static

switch)

2.10 Punto de medición

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 Aplicación de configuración

3.1.3Partida en Negro

Automática

3.1.4 Monitoreo

3.1.5 Control manual remoto

3.1.6 Administrador

de contingencias

3.1.7 Adquisición

datos externos

3.1.8 Transacciones

con 3.2.5

3.2 Sistema Información y

control de planta

3.2.1 Base de datos /

historizador

3.2.2 Modelo de datos e

información

3.2.3 Librerías de conexión a

BD

3.2.4 Acceso a Internet

3.2.5 Red de comunicaciones

local

13-12-2009

15

Objetivos/Metodología Optimizador AGCDatos

Meteorológicos

Variables medidas

Optimizador

AGC

Historizador

Variablesmanipuladas

diciembre de 2009

30

4 distintas tecnologías de generación ,

Al menos 10 unidades,

Capacidad instalada total >= 100 kW,

Capacidad de operación en isla (fallas),

Capacidad de exportación de energía,

Servicios complementarios (manejo de congestiones, regulación de tensión y factor de potencia, optimización de pérdidas óhmicas, corrección de desbalances),

Estructura modular escalable.

Objetivos / Metodología Prototipo

$/kW

Hipótesis sobre costos de inversión en bajos niveles de potencia

kW

13-12-2009

16

diciembre de 2009

31

ﾰ

Introducción / Motivación

Generador Virtual

Visión

Objetivos y Metodología

Desafíos, Estado Actual

Conclusiones

Contenido

- Coordinación de protecciones.

- Evaluación de servicios complementarios.

- Optimización de la operación de un GeVi.

- Sistemas de comunicaciones.

- Base de datos para el GV (centralizado/descentralizado, jerarquías).

- Sistema de monitoreo/control remoto

(hombre máquina, algoritmos adaptativos, seguridad, costos).

- Interfaz Web para aplicaciones (monitoreo remoto por ej.).

- Localización óptima de GeVi.

- GeVi y VAD diciembre de 2009

32

Desafíos, Estado Actual Temas de desarrollo

Ref: PowerWorld

13-12-2009

17

Desafíos, Estado Actual Competitividad GeVi

Servicios básicos

Servicios complejos

innovadores

Altarentabilidad

competitividad

Ingresos esperados

convencionales

Mayorcomplejidad

Bajacomplejidad

Inteligencialocal

requerimientosaltos de

comunicación

Comunicaciónbásica

diciembre de 2009

34

Definición detallada del proyecto.

Prototipo de central microhidráulica de 10 kVA.

Desarrollo de un convertidor DC/DC eficiente.

Desarrollo de un compensador estático de reactivos de

baja escala.

Estudio de servicios de un GEVI en un mercado de tipo Pool.

Experiencia de laboratorio de un GEVI monofásico/trifásico.

Sistema de monitoreo remoto RF.

Estado Actual Desarrollos Completados

13-12-2009

18

diciembre de 2009

2008enero

Creación delaboratorio

de desarrollo

Partida GEVI

diciembre2009

junio

Fin fase de diseño y plan de trabajo

Septiembre2010

Comienzo defase de

implementación

Entrada en operación

GEVIPrueba en

terreno

GEVIPruebas delaboratorio

Estado Actual Plan de Trabajo

Hoy

diciembre de 2009

36

ﾰ

Introducción / Motivación

Generador Virtual

Visión

Objetivos y Metodología

Desafíos, Estado Actual

Conclusiones

Contenido

13-12-2009

19

diciembre de 2009

37

Conclusiones

- La oportunidad para el desarrollo de un GeVi existe hoy

- Descripción genérica de servicios y modos de operación

- Descripción de algunos desafíos y espacios de innovación.

- Estado de avance

- Plan de trabajo