Produção energética em pequenas ilhas
Problemáticas, desafios e soluções pertinentes em uso
Seminário sobre a Boa Governação em matéria de Energias Renováveis
30 de Junho 2015
Centro de Formação Profissional Brasil - São Tomé e Príncipe
Rayco Parra
Dto. de Energías Renovables Instituto Tecnológico de Canarias
Indice Geral
Configuraçao dos sistemas de EERR mas usuais acorde com a penetraçao na rede de distribuçao.
Estrategias para el desarrollo de EERR
Características das redes eléctricas insulares
Barreras para la implantación de las EERR en islas
Estabilidad del sistema eléctrico
El Hierro 100% renovable
Electrificaçao Rural - Vale da Custa - Leçoes aprendidas
Configuración de los sistemas de EERR en función de la penetración
Poca Penetración Renovable
• Solar home systems y pequeños sistemas aislados de la red eléctrica
• Sistemas de Electrificación Rural Aislada
• Pequeños sistemas conectados a red (Feed in Tariff)
Media Penetración Renovable
• Balance Neto
• Sistemas de autoconsumo
• Autoconsumo con almacenamiento
Alta penetración renovable
• Micro-redes interconectadas / Smart-Grids
• Sistemas de almacenamiento para estabilidad de red (Servicios complementarios)
• Gestión de la demanda
100% Renovable
• Sistemas de generación EERR sobredimensionados
• Grandes sistemas de almacenamiento para abastecimiento de la demanda
• Sistemas de almacenamiento para estabilidad de red
Configuración de los sistemas de EERR en función de la penetración
Preparing Outer Islands for Sustainable Energy Development – Maldivas
Hybrid Energy System Feasibility Stuy for Kurendhoo Island
Economic results:
Estrategias para el desarrollo de EERR
Estrategias para el desarrollo de las Energías Renovables:
PLAN ESTRATÉGICO DE DESARROLLO
- Definición de objetivos y recursos disponibles
- Evaluación de las infraestructuras existentes
- Desarrollo de un marco legal favorable
- Estudio del recurso renovable disponible
- Análisis técnico de implantación de EERR en el sistema eléctrico
•Limita la introducción de renovables
•Dificulta la seguridad y calidad del suministro
•Tamaño = estabilidad
Sistemas aislados de pequeño tamaño
•Dependencia extrema del petróleo, con alto índice de emisiones de GEI Dependencia del petróleo
•El sobrecoste de la generación convencional debido a los costes de la materia prima y su transporte
Económicamente poco competitivos
•Requiere mayor esfuerzo para asegurar el suministro
•Presión social en contra de instalaciones energéticas de gran tamaño Alta densidad de población
•Difícil equilibrio con la implantación de infraestructuras energéticas
•Disponibilidad de suelo
Alta protección ambiental del territorio
•Necesidad de mayor inversión en líneas de transporte y subestaciones Debilidad de la red de
transporte
•Necesidad de mayor inversión en redes de transporte para evitar fallos de suministro Desequilibrios entre los centros
de generación y consumo
Características de las redes insulares
Barreras para la penetración de Energías Renovables
Barreras a la penetración de la energía eólica y solar en las redes insulares
Sistema Eléctrico:
• Redes eléctricas pequeñas y
débiles
• Variabilidad del Suministro con
RES
• Grandes diferencia entre la
generación con RES y demanda
pico y valle
Ordenación del Territorio
• Salvaguardar ecosistemas frágiles
• Superficie limitada
Aspectos económicos-
administrativos
• Enquadramento legal
• Recursos financieros limitados
• Disposición de mapas de recurso
• Impactos visual y ruidos
Barreras para la penetración de Energías Renovables
Barreras a la penetración de la energía eólica y solar en las redes insulares
Sistema Eléctrico:
• Redes eléctricas pequeñas y
débiles
• Variabilidad del Suministro con
RES
• Grandes diferencia entre la
generación con RES y demanda
pico y valle
Ordenación del Territorio
• Salvaguardar ecosistemas frágiles
• Superficie limitada
Aspectos económicos-
administrativos
• Enquadramento legal
• Recursos financieros limitados
• Disposición de mapas de recurso
• Impactos visual y ruidos
Predicción eólica y solar
Almacenamiento
energético
Estudios de estabilidad
de red
Estrategia para maximizar la penetración de EERR
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
• Los estudios de ESTABILIDAD DE RED tienen por objetivo el análisis de los sistemas eléctricos en
los escenarios críticos, para la comprobación del cumplimento de la normativa y proporcionar las
garantías de seguridad necesarias.
• Cualquier modificación en la red por ampliación, incorporación de nuevos equipos o cambios de
criterios de explotación puede suponer el incumpliendo de alguno de los requisitos de seguridad.
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
Fuente: REE
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
Fuente: REE
BARRERAS A LA PENETRACIÓN DE ENERGIAS RENOVABLES
Fuente: REE
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
Fuente: REE
Los sistemas activos que participan en las redes eléctricas modernas deben proporcionar los
SERVICIOS COMPLEMENTARIOS que por escala le corresponda:
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
• Capacidad de regulación primaria y
secundaria (control de frecuencia)
• Control de tensión.
• Inercia (reserva rodante)
• Aportación de corriente de cortocircuito.
• Compensación de pérdidas en transporte
• Control de generación automático
P
f fn f4 f1 f2
P1
P2
f3
P3
A medida que aumentan las renovables
en los sistemas eléctricos insulares, se
hace necesario que también estas
participen en la regulación y gestión de
los sistemas, dentro de sus
limitaciones.
GARANTIZAR LA
CALIDAD DEL
SUMINISTRO
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
Pérdida de
generación
50 Hz
49,5 Hz
1s 2s
Regulación primaria
10s 20s
Regulación secundaria
FR
EC
UE
NC
IA
Contribución de la generación eólica a la estabilidad de la
frecuencia (FUTURO):
•Respuesta inercial (almacenamiento energético)
•Regulación primaria (control de paso de pala)
Potencia suministrada de la reserva inercial del sistema por la disminución de frecuencia
Incremento de generación y recuperación de frecuencia por la regulación primaria
1
1
2
2
3 4
3
4
Estabilización de la frecuencia con el error de reg. permanente de la regulación primaria
Incremento de generación y recuperación definitiva debida a la regulación secundaria
Respuesta inercial
Capacidad de regulación primaria y secundaria
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
P
f fn f4 f1 f2
P1
P2
f3
P3
P
30%
60%
100%
Aportación de Potencia Reactiva al Sistema
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
Energía Eólica
Cos f
Capacidad de Generación
de Potencia Reactiva
1
0,2
Qaerogenerador (p.u.)
Paerogenerador
(p.u.)
Qmáx. gen. Qmáx. cons.
Característica
mejorada con
STATCOM
Operación segura y eficiente del sistema
V
5
Ppérdidas
Ok!
SG
Red
Eléctrica
Control
Inercia
Sintétic
a
50,5
50,0
49,5
49,0
48,5
48,0
f (Hz)
P (MW)
1,
6 1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5
Tiempo (s)
Potencia generada
Potencia disponible
50,0
49,5
49,0
48,5
Tiempo (s)
Con Inercia Sintética
Sin Inercia Sintética
10 20 30
f (Hz)
48,0
Mejor Evolución de la
frecuencia gracias a
la Inercia Sintética
Aportación Inercia al Sistema
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
1. Refuerzo, remodelación en la infraestructura eléctrica existente
GS
Repotenciación de Líneas Instalación de Compensadores
Estáticos
Substitución de
grupos generadores
Construcción de nuevas Líneas
2. Cambio en los esquemas de protecciones
GS
40
59P
51P
51U
51O
f Δf
Esquemas de
protecciones
en Subestaciones
eléctricas
Esquemas de
protecciones
en Centrales Eléctricas
Actuaciones en el Sistema para una Mayor Penetración Renovable
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
4. Gestión de la demanda
f f
24 h
3. Modificación de los esquemas de deslastre de Cargas
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
5. Instalación de Sistemas de Almacenamiento
G/M
G/M
Almacenamiento
Electroquímico
Centrales Hidráulicas
de Bombeo
Volantes de Inercia Supercondensadores
GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA
6. Interconexiones
Principales ventajas de las interconexiones:
- Mayor seguridad y continuidad del suministro eléctrico
- Explotación más eficiente y económica del sistema.
- Mayor integración de Energías Renovables
Sistema Eléctrico A
Barra 2
Barra 3
Barra 4
Barra 5
Barra 6
Barra 7
Barra 8
Barra 9
Barra 10
Barra 11
Barra 12
Barra 13
Barra 14
C
G
G
C G
G G
G C
Barra 3
Barra 2
Barra 5
Barra 4
Barra 6
Barra 7
Barra 8
G
C G
G G
Barra 1
Sistema Eléctrico B
El Hierro: Primera Isla 100% “renovable”
278 km2
10.500 habitantes
Punta de demanda: 7 MW
Demanda: 40 GWh/año
CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO
CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO
Parque Eólico 11,5 MW
Subestación Hidroeléctrica 11,3 MW
Estación de bombeo 6 MW
Depósito superior 556.000 m3
Depósito inferior 150.000 m3
Nuevos grupos Diesel 0
Penetración de EERR 80%
CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO
CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO
Rural Electrification - Vale Da Custa
- 14 km de Praia
- 100 Casas
- 600 Habitantes
- 1 Escuela
- 1 Centro de Salud
- 1 Asociación
- 1 Loja
- 1 Oficina
- 1 Discoteca
Rural Electrification - Vale Da Custa
- Consumo 100 kWh/dia
- 20,16 kWp FV
- 12 kW eólica
- 100 kWh baterías
- 36 kW gerador diesel
- Contadores Dispenser
basados en EDA
- ¿Ligaçao a rede?
Rural Electrification - Vale Da Custa
Rural Electrification - Vale Da Custa
LECCIONES APRENDIDAS
- Importancia del Modelo de Gestión
- Tipología de la empresa
- Definición de derechos, deberes y responsabilidades
- Fiscalización del correcto funcionamiento
- Importancia de un Marco Regulatorio sólido
- Definición de sistemas de tarificación específicos para Electrificación Rural
- Sensibilización de la población receptora
- Formación de expertos, operarios y usuarios
- Mantenimiento de 1er Nivel
- Necesidad de personal cualificado para mantenimiento de 2º Nivel
Obrigado! Rayco Parra
Seminário sobre a Boa Governação em matéria de Energias Renováveis