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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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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 distintas alternativas reglamentarias
para cada uno de los servicios complementarios,
identificando ventajas y desventajas.
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 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
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► 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
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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
Metodología y Estrategia
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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
Análisis de las distintas alternativas reglamentarias
para cada uno de los servicios complementarios,
identificando ventajas y desventajas.
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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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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► Expansión óptima de la generación sin tomar en cuenta las reservas probabilísticas
dinámicas1
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Etapa 2-1. Expansión Óptima de Generación
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► 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
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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
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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
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► 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
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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)
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► 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.
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► 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
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► 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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Reserva ERV (𝑅𝐸𝑅𝑉) – Paso 2
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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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Reserva ERV (𝑅𝐸𝑅𝑉) – Paso 3
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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
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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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Análisis de las distintas alternativas reglamentarias
para cada uno de los servicios complementarios,
identificando ventajas y desventajas.
Metodología y Estrategia
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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
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
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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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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