Transferencias naturales de energia Sing Sic seminario palisade-santiago_2013_ech

1 / 66Por Elio Cuneo H. / Email: [email protected] / Convención Análisis de Riesgo Palisade. Santiago. Chile 2013

Transferencias Naturales de Energía SING a SICe impacto de ERNC Solar en las mismas.

por Elio G. Cuneo Hervieux.Profesor Magister Economía Energética USM.

Elio G. Cuneo HervieuxIng. Civil Electricista 1986 – Diplomado Finanzas 2000 - MBA Finanzas 2003 – CRM 2007

Marzo 2013


1. Contexto.2. Sistemas SING y SIC.3. Potencial Fotovoltaico en el SING.4. Transferencias SING a SIC.5. Operación SING con Interconexión.6. Comentarios Finales.

Temario:


1.Contexto.


En Chile coexisten dos sistemas eléctricos principales, SIC ySING, que no están interconectados

1. Contexto:

• SING: En 2012, ventas de 14.832 GWh,capacidad instalada 4.460 MW. Sistema decaracterísticas neta térmico con demandafundamentalmente industrial, 89%.

• SIC: En 2012, ventas 46.281 GWh de demanda,capacidad instalada 13.238 MW., Sistema decaracterísticas hidro – térmico con demanda decaracterísticas residencial – industrial.Concentra al 95% de la población del país.


Durante 2012, la autoridad nacional, CNE, después de desarrollarestudios de planificación futura, determina impulsar la interconexiónde los dos principales sistemas eléctricos del país.

En Enero 2013 emite documento que actualiza los estudios porinterconexión, en adelante CNE 2013. Solución tecnológica impulsadapor CNE corresponde a transmisión HVDC.

Enlace HVDC: Capacidad 1500 MW, +/- 500 kV, Inversión de 850MMUS$.

Operación del enlace: Transcurso año 2019.

1. Contexto:


Estudio efectuado por CNE, destaca desarrollo de EnergíasRenovables No Convencionales, ERNC, del tipo Geotérmica, Solar yEólico en SING.

Desde el punto de vista de centrales térmicas base se plantea eldesarrollo de GNL, con la instalación de 1.644 MW entre 2022 y2029 en el SING

Presencia de Interconexión, ERNCs solar, características propiasde SING y SIC, ameritan analizar volatilidad esperada de lastransferencias de potencia y energía por el enlace. Impacto en loscostos de operación.

1. Contexto:


2.Sistemas SING y SIC.


GENERACION SING: Es un sistema que se desarrolló en una zonadesértica, con escasez de recursos hídricos para generación eléctrica.

Industria de electricidad más requerimientos de clientes mineros,impulsa la producción de energía fundamentalmente sobre la base decentrales térmicas a carbón.

A la fecha existen más de 1.500 MW de centrales térmicas a carbóncon estudios de impacto ambiental aprobados esperando cerrarcontratos de suministro de electricidad para su desarrollo.

En términos prácticos, el sistema SING representa un conjunto decentrales térmicas de diversos costos variables que abastecen unademanda local.

2. Sistema SING. Generación


DEMANDA SING: Cuadro siguiente indica curva de carga anual año2010 en °/1, así como Factor de Carga histórico.

2. Sistema SING. Demanda.

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 876083%

84%

85%

86%

87%

88%

89%

90%2000 2002 2004 2006 2008 2010

C urva C arga y Factor de C arga Anual S ING .

Fuente: A partir de antecedentes de la operación de CDEC SING, www.cdecsing.cl . Gráfico elaboración propia.


Demanda SING presenta alto factor de carga, con volatilidad menor,ver C. Variación.

Sin embargo, impacto puede ser no marginal sobre las transferenciasSING a SIC, dado los volúmenes de potencia y energía que puedenestar involucrados.

2. Sistema SING. Volatilidad Demanda

Fuente: Tabla elaboración propia.


OPERACIÓN SING: Operación de centrales se desarrollaconsiderando premisas básicas exigidas por ley: a) Seguridadsuministro y b) Minimizar costos de operación sistémico.

Mínimo costo de operación se obtiene al considerar orden de méritode centrales según costos variables de operación. En estaminimización se incluyen aspectos de seguridad indicados en NormaTécnica, Criterio N-1.

Aspectos asociados a servicios complementarios de regulación defrecuencia, tensión, reserva en giro, son proveídos principalmentepor centrales a carbón, cuya característica principal es ser pocoflexibles para esta operación.

2. Sistema SING. Operación.


GENERACION SIC: Generación desarrollada sobre la base decentrales térmicas e hidroeléctricas (de pasada y embalse).

OPERACIÓN SIC: A diferencia del sistema SING, en el SIC losaspectos asociados a servicios complementarios de regulación defrecuencia y reserva en giro, son proveídos por centraleshidroeléctricas tipo embalse cuya característica principal es ser muyflexibles respecto a una central térmica a carbón.

Normalmente las centrales térmicas a carbón y GNL operan a plenacarga y en base; no requieren seguir la demanda como en el SING.Las diferencias por cambios en la demanda la toman las centralestérmicas de alto costo variable o hidroeléctricas de embalse.

2. Sistema SIC. Operación.


Desde un punto de vista económico, el despacho de las centrales sedesarrolla tomando en cuenta tanto el costo variable de las centralestérmicas como el costos de oportunidad del agua de las centraleshidroeléctricas de embalse.

La valorización económica del agua, se determina según modelo adhocpor operador del sistema, CDEC SIC.

El modelo señalado toma como variable incierta principal lavolatilidad hidrológica histórica. Variables como precios decombustibles, fecha de entrada de nuevas centrales, programa demantenimiento, nivel de demanda, etc., se les da un carácterdeterminístico.



Una nueva central térmica, se considera para efectos del despachocomo una unidad más dentro del sistema, considerando tanto sucosto variable como su ubicación dentro de la red. EjemploBocaminas II.

En condición de operación típica, las centrales térmicas de bajocosto variable operan a plena carga, las diferencias respecto al totaldemandado es tomado por centrales térmicas de punta o centralesde embalse; prioridad de estas últimas es determinada según valordel costo de oportunidad del agua.



INTERCONEXION SING – SIC: Al unir ambos sistemas, el sistemaSIC visualiza varias unidades térmicas que se conectan en conjuntocon una demanda adicional, (Sistema SING). Operación sedesarrollará de la manera actual, búsqueda del óptimo del conjuntode un sistema hidrotérmico mayor, Articulo 118 de LGSE.

Al operar en forma integrada, las transferencias de potencia yenergía típicamente irán de SING a SIC.

Aun cuando los costos de desarrollo de centrales térmicas bases,sean semejantes para el SING o SIC, las transferencias de energíasiempre van a existir.

2. SIC y SING Interconectados


3. Potencial Fotovoltaico del SING.


Zona influencia sistema SING, destaca por presentar una importanteradiación solar con alta disponibilidad de cielos limpios.

En catastro de ERNC del tipo solar efectuado durante el 2012 por eloperador del sistema, CDEC, determinó proyectos potenciales porsobre los 4.000 MW en la zona.

Las ERNC tipo fotovoltaica destacan por avances tecnológicos y porcaída importante en costos de inversión.

Gobierno de Chile se encuentra impulsando el desarrollo degeneración de electricidad del tipo ERNC. Sociedad actual mássensible con el uso de estas tecnologías para la generación deelectricidad.



Fuerte interés de inversionistas para el desarrollo fotovoltaico en lazona.


Fuente: Obtenido de web Diario Financiero.


Perfil de radiación solar presenta características únicas respecto aotras ERNC, por ejemplo del tipo eólico.


Fuente: Gráficos desarrollados a partir de mediciones efectuadas por Ministerio de Energía. Ver www.minenergia.cl.


Las características del perfil del recurso solar, indican que esaltamente predecible su disponibilidad para efectos de programaciónen despacho de centrales.

En estudio CNE 2013, se plantea importante desarrollo de ERNC.

Estudio indica que antes 2025, se contempla 320 MW de capacidadinstalada con recurso geotérmico más 190 tipo eólicos.

En términos de ERNC Solar, a la fecha de operación deInterconexión, 2019, estudio considera la presencia de 900 MW,más 400 MW adicionales durante 2025.



4. Transferencias SING a SIC.


Para efectos de estudiar las transferencias de potencia y energía deSING a SIC, con presencia de ERNC Solar, se consideran lossiguientes supuestos.

Sistema único operando con costos marginales de sistemaadaptado.

Desarrollo SING autárquico, unidades de bajo costo variable,operación a plena carga manteniendo reserva en giro.

Demanda SING según estudio CNE 2013. Se contempla volatilidad de la demanda, tanto a nivel de

demanda de potencia y energía más factor de carga anual. Curva de carga anual representada por 8.760 valores tomada

de curvas reales. Estas curvas cambian según volatilidad defactor de carga anual.



Se considera distribución de probabilidad para demanda anualSING, variación del +/- 5% respecto valor CNE.

Se considera distribución de probabilidad para selección decurva de carga anual SING.

Curvas de carga anual consideradas, según factores de cargashistóricos.

Modelación Montecarlo 5.000 iteraciones. Curva de carga anual y recurso solar representado por 8.760

valores. Evaluación período 2016 al 2028 en pasos de 2 años. Se asume Interconexión presente en todo el período y sin

limitaciones de transmisión.



Se analizaron 7 escenarios de operación: TNE: Corresponde a transferencias naturales de energía de

SING a SIC, sin presencia relevante de ERNC Solar. TESolar 1000: Al SING se incorporan 1.000 MW de ERNC

solar fotovoltaico. TESolar 1300 y TESolar 1600; Misma idea anterior pero con

mayor monto de ERNC Solar. TESolar 1000 Gen: Al SING se incorporan 1.000 MW de

ERNC solar fotovoltaico más una unidad de 350 MW paracomercializar en SIC.

TESolar 1300 Gen y TESolar 1600 Gen; Misma ideaanterior.



A) Transferencias Naturales de Energía, TNE.

Con Interconexión, unidades SING de bajo costo variable operan aplena carga. TNE nace de la diferencia entre operación unidadesindicadas y demanda local.


Fuente: A partir de antecedentes de la operación de CDEC SING, www.cdecsing.cl . Gráfico elaboración propia.


Cuadro siguiente, indica niveles de transferencia de SING a SICpara caso TNE.

Transferencias corresponden a valor medio de energía, en MW.

Número de horas con transferencias de potencia superiores a 1.500MW son menores. Valor entregado contempla un factor de cargamedio para el SING de 86,5%,


Fuente: De resultados de análisis. Tabla elaboración propia.


Montos de TNE dependiente de Factor de Carga que presenteSING, correlación perfecta.

Gráfico indica que si factor de carga del SING es 88%, el monto deenergía transferida equivale al 13,64% de la demanda del SING.


Fuente: De resultados de análisis a través de @Risk.


Efecto estocástico, transferencias máximas de potencias, año 2028.


90.0% 5.0%

0.000 1.107

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.0%

16.7%

33.3%

50.0%

66.7%

83.3%

100.0%

Caso TNE, Porcentaje Transferencias MW >= 1500, 2028

MW >= 1500 Año 2028

Minimum 0.00Maximum 1.99Mean 0.259Std Dev 0.32410% 0.011490% 0.605Values 5000

Mea

n =

0.2

59

5%

= 0

.00

95%

= 1

.11

Fuente: De resultados de análisis a través de @Risk.


B) Transferencias de Energía, efecto TNE y ERNC Solar, TESolar.

Al considerar efecto combinado de variación de demanda y ERNCsolar, surge gráfico siguiente:

Mayor nivel de generación fotovoltaico ocurre en horas de menordemanda SING; máximo nivel de transferencias SING a SIC.


Fuente: Datos de web CDEC SING y Ministerio Energía. Gráfico elaboración propia.


El efecto TESolar, se resume en los cuadros siguientes, segúncapacidad ERNC Solar instalada:

Montos importantes de ERNC Solar coparán rápidamente el enlacede interconexión; desacople económico entre sistemas. Necesidad deefectuar ampliaciones, ¿?.




C) Transferencias de Energía, efecto mixto Solar y Generación.

Períodos de copamiento en línea interconexión se incrementanotoriamente; impacto en competencia de actores, desacople desistemas y generación de mercados locales.

4. Interconexión con ERNC Solar.



5. Operación SING con Interconexión.


Independientemente de la alternativa de interconexión, HVDC oHVAC, las transferencias diarias serán de carácter variable, convariaciones no menores entre máximo y mínimo.




Las variaciones diarias de las transferencias de energía, originancostos de inversión y operación, SSCC, distintos en el SING segúntecnología HVDC o HVAC seleccionada para el enlace.

Por ejemplo, al existir un enlace HVDC, sistema SING deberá llevarsu propia regulación de frecuencia a través de sus centralestérmicas, lo cual origina mayores costos de operación respecto a unenlace HVAC. Necesidad de evaluar.

Los enlaces HVDC operan típicamente bajo un esquema con montosde transferencias relativamente constantes durante el día; casoInterconexión será variable, impacto en costos y operación sistema.



Por ejemplo un enlace en HVDC destaca por ser un gran consumidorde potencia reactiva en el lado AC de sus extremos. Este nivel deconsumo equivale al 50-60% de la potencia que esté siendotransferida.

Para el caso de una transferencia de 1.500 MW equivale a tenerdisponibles 750 a 900 MVAR en cada extremo del enlace.

Se requiere compensación de esta potencia por condensadoreslocales, fijos o variables (sincrónicos), más aporte del sistema.



Dada la naturaleza variable de las transferencias, implica que lacompensación deberá ser dinámica y variable, con el fin de mantenerla calidad del voltaje estipulada en la Norma Técnica en el lado AC delos extremos del enlace.

Esta compensación variable origina mayores costos de inversión yoperación. Necesidad de evaluar adecuadamente estos costos tantopara enlace HVDC como HVAC y determinar los diferencialesasociados.

Tampoco se puede olvidar efecto de inyección de corrientesarmónicas de enlace HVDC, fijas y variables, dada la volatilidad delas transferencias. Impacto en costos de inversión y operación.



Desde el punto de vista de la transmisión de energía por enlace, sedebe tener presente operación con Criterio N-1.

Según CNE, enlace HVDC tendría capacidad para soportarsobrecarga del 100% durante 15 minutos.

Considerando lo indicado, implica mantener reserva en giro disponibley en operación continua para enfrentar contingencia por el enlace.Necesidad de evaluar los costos de operación de esta reserva eincluir en evaluación económica.



6. Comentarios Finales.


Dada la calidad del recurso solar disponible en el SING, el impulso dela autoridad a las ERNC, como la empatía que la sociedad presentapor las mismas, se puede traducir en un potenciamiento de este tipode energías más allá de lo programado.

Las transferencias de SING a SIC estarán fuertemente impactadaspor las variaciones que presenta el recurso solar, especialmente conla presencia de importantes bloques de MW instalados del tipofotovoltaico en el SING.

Existirán costos de operación distintos por servicioscomplementarios si el enlace es del tipo HVDC o HVAC, dada lanaturaleza variable de las transferencias; necesidad de evaluar estoscostos.



En los antecedentes públicos entregados por CNE a Panel deExpertos, sólo se indican costos de inversión de tecnología HVAC yHVDC. Se desconoce si en evaluación económica global, costos deoperación del tipo planteada en esta presentación están incluidos.

En estudio CNE 2013, se plantea ERNC Solar por equivalente a 1.300MW antes del 2025; esto resultaría contradictorio considerando lacapacidad del enlace 1.500 MW. ¿Necesidad de ampliación?

La evaluación económica de una interconexión, en HVDC o HVAC,debe considerar, entre otros, los aspectos mencionados de forma dedeterminar la mejor alternativa, especialmente si hay necesidad deefectuar ampliaciones.



Gracias…

Engineering

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