Impacto de la Generación Eólica en las Redes de Transmisión del SIC

(Junio 2011)

Eduardo Ricke

Director de Operación y Peajes

222

Índice:

Introducción. Requerimientos para la Conexión de las plantas Eólicas al SIC.

Incorporación en los procesos de planificación de la operación, despacho y balances.

Efectos en las redes de Transmisión y en la Operación.

Conclusiones.

333

Las Energías Renovables No Convencionales: ERNC

Concepto introducido por la Ley Corta II y normado en la Ley N°20.257.

Incorpora centrales productoras de electricidad en base a:- biomasa- eólica- pequeñas centrales hidroeléctricas (< 20 MW)- geotérmica- solar- mareomotriz

444

Capacidad Instalada en Generación Eólica Actual y próximo bienio del SIC

Tipo ERNC MW instalados al 28/02/11

MW instalados al 31/12/11 (*)

MW instalados al 31/12/12 (*)

Eólico 175.8 195.8 295.8

Capacidad Instalada actual : 175.8 MW ( aprox. 2,7 % Dmax)

Canela: 18.2 MW (Factor de planta = 17.3%)

Canela 2: 60.0 MW (Factor de planta = 23.3%)

Totoral: 46.0 MW (Factor de planta = 20.7%)

Monte Redondo: 48.0 MW (Factor de planta = 20.9%)

Lebu: 3.6 MW (Factor de planta = 21.3%)(Factor de planta jun-2010 – mayo-2011)

(*): Fuente CNE. Plan de Obras Precio de Nudo Abril 2011

555

Requisitos e información general según la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio.

Exigencias mínimas para instalaciones (Capítulos 3 y 4).Se refiere a características generales de infraestructura, operación y conexión de centrales. Considera:- Calidad Asísmica- Equipos y tiempos para despeje de fallas, participación en PRS- Operación según diagrama P-Q, acción del controlador de velocidad, características del sistema de excitación, estatismo- Características generales del sistema de voz, monitoreo y comunicaciones

Información técnica, según lo detallado en el Capítulo N°9 de la NTSyCS.Esta información se refiere a parámetros técnicos generales de la central, considera Potencia (bruta, neta), Reactancias, Constantes de tiempo, diagrama P-Q, controladores, etc.

666

Requisitos e información general (Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio).

Exigencias mínimas para instalaciones (Capítulos 3 y 4).Se refiere a características generales de infraestructura, operación, conexión de centrales, comunicaciones y datos.

Información técnica, ( Capítulo 9).Se refiere a parámetros técnicos generales de la central, considera Potencia (bruta, neta), Reactancias, Constantes de tiempo, diagrama P-Q, controladores, etc.

Estudios Clásicos de Sistemas de Potencia.

Estudios asociados al impacto en la capacidad de transmisión del sistema : (criterio n o n-1) considerando variaciones intempestivas de la velocidad del viento.

Estudios de desviaciones en la programación horaria: (redespacho de centrales térmicas) originados en variaciones intempestivas de la velocidad del viento. Pronósticos.

Estudio de comportamiento con la tensión, analizar el comportamiento dinámico del parque eólico frente a variaciones de tensión provocadas por contingencias en el SIC. Reactivos ante cortocircuitos.

777

Estudios de Impacto e Información Requeridos:

Estudios Clásicos:Flujos de potencia.Cortocircuitos.Estabilidad transitoria y estabilidad dinámica.Energización.

Informe de ajustes y coordinación de protecciones.

Diagrama de bloques del Controlador de Velocidad con sus correspondientes compensaciones dinámicas.

888

Estudios de Impacto e información particulares de Centrales Eólicas (1).

Estudios asociados a la capacidad de transmisión del sistema (criterio n, n-1 o n-1 ajustado) originados en variaciones intempestivas de la velocidad del viento.

Estudios de desviaciones en la programación horaria (redespacho de centrales térmicas) originados en variaciones intempestivas de la velocidad del viento. Pronósticos.Estudio de comportamiento con la tensión, cuyo objetivo es analizar el comportamiento dinámico del parque eólico frente a variaciones de tensión provocadas por contingencias en el SIC. Reactivos ante cortocircuitos.

999

Estudios de Impacto e información particulares de Centrales Eólicas (2)

Análisis de soluciones factibles que permitan mantener el cumplimiento de las exigencias de seguridad operacional vigentes (ERAG, EDAG, reserva en giro, etc.)

Se deberá entregar la estadística de energía generable de acuerdo a las mediciones realizadas.

Curva característica de la potencia de salida en función de la velocidad del viento. Se solicitarán además pronósticos de generación de corto plazo (horas) y mediano plazo (días siguientes).

101010

Comportamiento con la tensión

Artículo 3-8 NT de SyCS-2009Las unidades de un parque eólico deberán ser diseñadas de modo de asegurar que el parque se mantenga en servicio cuando la tensión en el Punto de Conexión varíe, a consecuencia de una falla en el sistema de transmisión, dentro de la zona achurada de la figura.

•Siendo:T1 = 0 [ms], Tiempo de inicio de la falla.T2= TMDF (tiempo máx de despise de falla, de acuerdo a lo establecido en el artículo 5-49). T3 = T2+20 [ms]T4 = 1000 [ms]•Adicionalmente, se deberá verificar que, operando el parque a plena carga y ante la ocurrencia de un cortocircuito bifásico a tierra en uno de los circuitos del Sistema de Transmisión al cual se conecta el parque, la absorción neta de potencia reactiva deberá ser nula en tanto la tensión en el punto de conexión al Sistema de Trasmisión se mantenga bajo los 0,9 pu, a excepción del período comprendido entre el TMFD y los 30 ms posteriores a éste, período en el cual la absorción neta de potencia reactiva del parque no deberá superar el 30% de la potencia nominal de éste.

111111

Comportamiento con la frecuencia

Artículo 3-10 NT SyCS 2009Toda unidad generadora deberá continuar operando sus unidades bajo la acción de su Controlador de Velocidad para variaciones de la frecuencia que estén dentro de los límites de operación en sobre y subfrecuencia que a continuación se indican:

Límite Inferior Límite Superior Tiempo Mínimo de Operación (mayor que) (menor o igual que) Hidroeléctricas Termoeléctricas Eólicas

49,0 Hz 50,0 Hz Permanente Permanente Permanente 48,0 Hz 49,0 Hz 90 segundos 90 segundos 90 segundos 47,5 Hz 48,0 Hz 15 segundos 15 segundos 15 segundos 47,0 Hz 47,5 Hz 5 segundos Desconexión Desconexión

50,0 Hz 51,0 Hz Permanente Permanente Permanente 51,0 Hz 51,5 Hz 90 segundos 90 segundos Desconexión 51,5 Hz 52,0 Hz 5 segundos Desconexión 52,0 Hz 52,5 Hz 15 segundos Desconexión Desconexión 52,5 Hz 53,0 Hz 5 segundos Desconexión

121212

Otros Requisitos de carácter general de instalaciones.

Información operacional – en tiempo real - y protocolo de comunicación según el Procedimiento DOProtocolos de pruebas:

de los esquemas de protección de las nuevas instalaciones que se conectan al SIC.de pruebas de aislamiento, de todos los equipos que conforman las nuevas instalaciones que se conectan al SIC.

Cronograma de pruebas de puesta en servicio.

Sistema de medición de energía y potencia según Manual de Procedimientos para los sistemas de medición y de supervisión del CDEC-SIC.

131313

SITR: Sistema de Información en Tiempo Real (1)

CARACTERÍSTICAS GENERALES

- Debe existir un Sistema de Monitoreo y Control del Sistema de Información.

- La adquisición de los valores de medición debe realizarse mediante equipamiento de Clase 2 ANSI, esto es, 2 % de error, u otra Clase de menor error.

- La disponibilidad de la información, tanto en el CC como en el CDC, debe ser mayor o igual a 99,5 %, medida en tiempo, incluyendo en el cómputo a los canales de comunicación.

- La redundancia de las mediciones que se entregan al CDC debe permitir verificar su certidumbre mediante un estimador de estado y configurar una base de datos de tiempo real.

141414

Representación de Generación Eólica en la Planificación de la Operación

Modelo de Planificación semanal:En la primera semana de planificación se utiliza el promedio de generación de los últimos 7 días.Para el resto horizonte de planificación, se utiliza la modulación estacional contenida en las bases de datos de la fijación de precios de nudo vigente.

Programa Diario: se utiliza un pronóstico entregado por las propietarias. Este pronóstico se realiza para un horizonte de 24 horas y se actualiza cada 3 horas.

151515

Incorporación en el balance de inyecciones y retiros y al balance ERNC

Energía: Se incorpora como cualquier central, esto es se valoriza su inyección a costo marginal del sistema en la barra de conexión al sistema de transmisión (si es PMGD en la SPD correspondiente).

En caso de tratarse de un PMG o PMGD, estos pueden optar a vender su energía a un precio estabilizado, debiendo permanecer en este régimen al menos por cuatro años.

Potencia: en general depende de la fuente primaria. Los Eólicos son análogos a las centrales Hidráulicas, es decir la Potencia Inicial se calcula como el promedio horario de los aportes de potencia de la central, para el año de menor disponibilidad de viento de la estadística registrada, durante las horas de mayor probabilidad de pérdida de carga.

161616

Cálculo Provisorio de Potencia Firme 2011

A modo de ejemplo se muestra a continuación el cálculo provisorio (correspondiente a Mayo de 2011) para las centrales eólicas del SIC:

Central P. Firme [MW] P.Instalada [MW] %

CANELA 1 2.1 18.2 11.4%

CANELA 2 9.4 60.0 15.7%

MONTE REDONDO 6.9 48.0 14.5%

TOTORAL 6.2 46.0 13.4%

LEBU 0.4 3.6 10.5%

171717

Participación en los Balances:

Energía: Se incorpora como cualquier central, esto es se valoriza su inyección a costo marginal del sistema en la barra de conexión al sistema de transmisión (si es PMGD en la SPD correspondiente).

Potencia: análogos a las centrales Hidráulicas de pasada.

ERNC: balances de inyecciones, obligaciones y traspasos de las energías.

Preliminar (enero) y definitivo (marzo)Además, se debe llevar el registro público (común a ambos CDEC) y determinar los cargos que procedan a las empresas que resulten deficitarias.

181818

Inyecciones ERNC vs. Retiros Afectos

0

20

40

60

80

100

120

140

Ene‐10 Feb‐10 Mar‐10 Abr‐10 May‐10 Jun‐10 Jul‐10 Ago‐10 Sep‐10 Oct‐10 Nov‐10 Dic‐10

Obligación de 5% Inyecciones ERNC

191919

Energías ERNC por Tipo de Generación

Ene‐10 Feb‐10 Mar‐10 Abr‐10 May‐10 Jun‐10 Jul‐10 Ago‐10 Sep‐10 Oct‐10 Nov‐10 Dic‐10

5747 42 44

31 30 32 32 37

57 5868

27

2019

27

20 2531 26

36

31 33

31

17

11

5

6

17 15

1615

16

18 15

20

Hidráulica Eólica Biomasa

202020

Efectos en las redes de transmisión y en la Operación (1).

Efectos operacionales por la Intermitencia del viento:

Congestión: redespacho y EDAG o ERAG

Demanda recursos para compensar y estabilizar: reserva en giro, regulación en embalses, acumuladores.

PRONÓSTICOS CONFIABLES.

212121

Efectos en las redes de transmisión y en la Operación (2).

Efectos económicos:

Congestión Formación de subsistemas con costos marginales desacoplados.

Mayor monto de reserva en giro: mayor costo de operación y costo marginal.

Bajo factor de planta Efecto atenuado en la evaluación de la expansión del Sistema.

222222

Pronósticos de Viento.

El pronóstico horario se realiza para un horizonte de 24 horas y se actualiza cada 3.

Resultados para el mes de Mayo de 2011, para un pronóstico de 24 horas.

Central CANELA 1 CANELA 2 MONTE REDONDO TOTORALP. Max. [MW] 18.2 60.0 48.0 46.0

G. Max. [MWh‐dia] 435.6 1440.0 1152.0 1104.0

Central CANELA 1 CANELA 2 MONTE REDONDO TOTORALPromedio [MWh‐dia] ‐2.8 ‐13.3 ‐7.6 ‐11.4

Desv. Estándar 27.4 107.2 93.2 69.1

Características del parque eólico bajo pronóstico

Error de próstico para mayo de 2011 en [MWh‐dia]

232323

Ejemplos en el SIC:

Pronóstico de generación eólica del SIC en valores diarios, para el mes de mayo de 2011.

0

20

40

60

80

100

120

140

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

[MWh‐día]Central Canela (Operación Mayo‐2011)

CANELA 1 (Ponóstico) CANELA 1 (Real)

0

100

200

300

400

500

600

700

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

[MWh‐día]Central Monte Redondo (Operación Mayo‐2011)

MONTE REDONDO (Ponóstico) MONTE REDONDO (Real)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

[MWh‐día]Central Canela (Operación Mayo‐2011)

CANELA 2 (Ponóstico) CANELA 2 (Real)

0

100

200

300

400

500

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

[MWh‐día]Central Totoral (Operación Mayo‐2011)

TOTORAL (Ponóstico) TOTORAL (Real)

242424

Ejemplos en el SIC:

Pronóstico de generación eólica del SIC en valores horarios, (15 y 16 de mayo de 2011).

012345678910

23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

[MW] Operación Canela 1 (15‐16 mayo 2011)

CANELA 1 (Real) CANELA 1 (Ponóstico)

05101520253035404550

23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

[MW] Operación Canela 2 (15‐16 mayo 2011)

CANELA 2 (Real) CANELA 2 (Ponóstico)

05101520253035404550

23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

[MW] Operación Monte Redondo (15‐16 mayo 2011)

MONTE REDONDO (Real) MONTE REDONDO (Ponóstico)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

[MW] Operación Totoral (15‐16 mayo 2011)

TOTORAL (Real) TOTORAL (Ponóstico)

252525

Efecto congestión (1):

Operación real 02-abril-11.14:03 Se reduce generación

central Olivos por control transferencia Los Vilos –Nogales - Quillota.

14:30 Se retira central Olivos.

Transferencias Día 02/04/2011

-25

25

75

125

175

225

275

325

12:00 12:14 12:28 12:43 12:57 13:12 13:26 13:40 13:55 14:09 14:24

Hora

MW

Los Vilos - Nogales - Quillota Pan de Azúcar - Las Palmas Los Espinos - Los Vilos Choapa - Los Vilos 220

Transferencias Día 02/04/2011

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

12:00 12:14 12:28 12:43 12:57 13:12 13:26 13:40 13:55 14:09 14:24

Hora

MW

Gen Canela 1 Gen Canela 2 Gen Totoral Suma Gen Canela 1, Canela 2, Totoral

S/E Pan de Azúcar

S/E Las Palmas

S/E Los Vilos

S/E Quillota

Canela + Totoral

Monte Redondo

Olivos

TG Espinos

262626

Efecto congestión (2):

Debido a la restricción de transmisión, los costos marginales en las barras Los Vilos y Quillota están desacoplados.

S/E Pan de Azúcar

S/E Las Palmas

S/E Los Vilos

S/E Quillota

Canela + Totoral

Monte Redondo

Olivos

TG Espinos

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

[US$/MWh] Costo marginal 02‐abril‐2011

Los Vilos 220 Quillota 220

272727

CONCLUSIONES:

Baja penetración de generación Eólica en el SIC:No origina impactos en la estabilidad del sistema.La Reserva en Giro no se ve afectada.

Efectos en el sistema de transmisión: congestión. Se administra mediante redespacho y automatismos. Se afectan los costos marginales principalmente a nivel local.

Bajo factor de planta atenúa efecto en la evaluación de la expansión del sistema.

282828

GRACIAS