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F-DI-04
Potencia localizada como solución no convencional
a la planificación integral Generación-Transmisión
en Colombia
M. A. Caro, J.C. De la Torre, R. Rodríguez, A. Jiménez.
Unidad de Planeación Minero Energética
Bogotá, Diciembre 2016
F-DI-04
Agenda
Introducción
Metodología
Caso de Prueba
Trabajo Futuro
Conclusiones y Recomendaciones
Unidad de Planeación Minero Energética
F-DI-04
Introducción
Ley 143 de 1994 de Colombia, específicamente los artículos 12, 16 y 18, y otras normativas como la
Resolución 181313 de 2002 del Ministerio de Minas y Energía.
Resolución CREG 071 de 2006-Cargo por Confiabilidad.
Documento CREG 077 de 2014.
Planes de Expansión de Referencia Generación y Transmisión, específicamente las versiones 2014-2028 y
2015-2029.
Dificultades para el desarrollo de proyectos de infraestructura lineal.
Necesidad de optimizar el uso de la infraestructura eléctrica y energética.
Maximización de los beneficios para la sociedad, es decir, para los agentes inversionistas y la demanda
nacional, que son aquellos que pagan por la infraestructura vía tarifa.
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Agenda
Introducción
Metodología
Caso de Prueba
Trabajo Futuro
Conclusiones y Recomendaciones
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Metodología
Algoritmo 1 Metodología integral de Planificación integral Generación y
Transmisión.
1: División del Sistema de potencia en n áreas eléctricas
2: para (i = 1: n) hacer
3: si (existen limitaciones eléctricas en el área i) entonces
4: Simulación de Subasta de Potencia
5: si (solución convencional gana) entonces
6: Simulación de subasta del Cargo por confiabilidad con
demanda reducida
7: si no
8: Simulación de subasta del Cargo por confiabilidad sin
demanda reducida
9: fin si
10: si no
11: fin si
12: fin para
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Metodología
Subasta sobre cerrado
Alternativa 1: Expansión
convencional
Alternativa 2: Generación
localizada en punto A
Alternativa 3: Generación
localizada en punto B
Oferta Alternativa 1
[USD/MW-mes]
Oferta Alternativa 2
[USD/MW-mes]
Oferta Alternativa 3
[USD/MW-mes]
Gana subasta Alternativa 1
Gana subasta Alternativa 2
Gana subasta Alternativa 2
Simular subasta Cargo por
Confiabilidad
Demanda Objetivo Normal
Simular subasta Cargo por
Confiabilidad
Demanda Objetivo Reducida
Simular subasta Cargo por
Confiabilidad
Demanda Objetivo Reducida
Benef transmisión Alt1 = Benef transmisión Alt2 = Benef transmisión Alt3
Potencia localizada
Costo transmisión Alt1=Oferta Alt 1
Costo transmisión Alt2=Oferta Alt 2
Costo transmisión Alt3=Oferta Alt 3
OEF Alternativa 2
OEF Alternativa 3
Demanda Objetivo=Demanda Neta
Costo total Alternativa 1 = (Demanda Neta).(Prima CxC Alt 1) +(Oferta Alt 1)
Costo total Alternativa 2 = (Demanda Neta – OEF Alt 2).(Prima CxC Alt 2) + (OEF Alt 2).(Prima CxC subasta anterior) + (Oferta Alt 2)
Benef energéticos Alt1 = Benef energéticos Alt2= Benef energéticos Alt3
Beneficios energéticos Cargo por Confiabilidad
Demanda Objetivo=Demanda Neta-OEF Alternativa 2
Demanda Objetivo=Demanda Neta-OEF Alternativa 3
Costo total Alternativa 3 = (Demanda Neta – OEF Alt 3).(Prima CxC Alt 3) + (OEF Alt 3).(Prima CxC subasta anterior) + (Oferta Alt 3)
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Agenda
Introducción
Metodología
Caso de Prueba
Trabajo Futuro
Conclusiones y Recomendaciones
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Caso de Prueba
ITUANGO
PIFO 500
PANAMÁ II
230 kV
COLOMBIA
FLORES
SAN CARLOS
TEBSA SANTA MARTA
GUAJIRA
CUESTECITAS
CUATRICENTENARIO
BARRANQUILLA
BOLIVAR
SABANALARGA
VALLEDUPAR
CHINÚ
CERROMATOSO
OCAÑA
GUADALUPE4
BELLO
OCCIDENTE MIRAFLORES
ENVIGADO ORIENTE
PORCE2 SALTO EPM
GUATAPE JAGUAS
MERILÉCTRICA
TERMOCENTRO
CÚCUTA
TASAJERO
SAN MATEO COROZO
PRIMAVERA
GUATIGUARÁ
PALOS
TOLEDO SAMORÉ BANADIA
CAÑO LIMÓN
ANCON SUR ISA
LA SIERRA
SOCHAGOTA
PAIPA
BUCARAMANGA
MALENA
ESMERALDA
PURNIO
CHIVOR
TORCA
MIEL
BALSILLAS
LA MESA
LA GUACA
CIRCO
GUAVIO
PARAISO
TUNAL
SAN MATEO
LA REFORMA
MIROLINDO
LA HERMOSA
LA ENEA
CARTAGO
LA VIRGINIA
SAN MARCOS
YUMBO
JUANCHITO
ALTO ANCHICAYÁ
PANCE
PAEZ
BETANIA SALVAJINA
SAN BERNARDINO
JAMONDINO
ALTAMIRA
MOCOA
POMASQUI
TERNERA
VENEZUELA
PANAMÁ
ECUADOR
COMUNEROS
CIRA
INFANTA
BARRANCA
PLAYAS
BARBOSA
BOSQUE
TERMOCOL
JAGUEY
NORTE
ARMENIA
QUIMBO
ALFÉREZ
ECOPETROL
URABÁ
URRÁ
CARTAGENA CANDELARIA
CARACOLI
GUAYABAL
TUMACO
SURIA
CHIVOR II
COROCORA
LA TASAJERA
MONTERÍA
CHOCO
G
NUEVA
GRANADA
SAN FELIPE
RUBIALES
SVC
BACATA
G
Posible Proyecto de generación
Gran Consumidor propuesto
Área Influencia SVC’s propuestos
G
500 kV
220 kV
Expansión definida
Expansión propuesta 500 kV
Conexión HVDC
Expansión propuesta 230 kV
SVC Compensador estático variable
Compensador sincrónico estático
G
G
NUEVA ESPERANZA
NOROESTE
G
LA LOMA
COPEY
MEDELLÍN
ANCON SUR
RIOCORDOBA
TULUNI
T.NORTE
PORCE 3
BOCHICA
SVC
SOGAMOSO
FUNDACIÓN
SAN ANTONIO PORVENIR
PALENQUE
QUIFA
EXPANSIÓN CONVENCIONAL
GENERACIÓN LOCALIZADA PLANTA TÉRMICA
GENERACIÓN LOCALIZADA PLANTA HIDRÁULICA
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Caso de Prueba
2025 2030 2035 2040 20450
20
40
60
80
100
120
140Potencia asociada a la limitación de red (DNA o Restricciones)
[MW
]
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Caso de Prueba
𝑉𝑖 =𝑉𝑃𝑁
𝑃𝑖𝑛𝑖=1
𝑛
Tecnología Capacidad
[MW]
LCOC [USD/MW]
"Levelized cost of Capital"
VPN [USD] Promedio Potencia del problema [MW]
Valoración de cada tecnología
[USD/MW-mes]
Línea NA NA 98,567,587.6 100.5 981,068.5
Térmica-Carbón
200 1,480,095.5 296,019,104.9 100.5 2,946,354.3
Hidroeléctrica 294 1,866,799.0 548,838,891.5 100.5 5,462,734.6
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Caso de Prueba
2025 2030 2035 2040 20450
10
20
30
40
50
60
70
80[M
US
D$]
Flujo de Caja de las Soluciones
Solución Convencional
Térmica Carbón
Hidroeléctrica
Unidad de Planeación Minero Energética
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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
x 106
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3x 10
-6
Puja [USD$/MW-mes]
Funció
n d
e D
ensid
ad d
e P
robabili
dad d
e las P
uja
s
Caso de Prueba
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Caso de Prueba
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.550
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Puja normalizada [pi/vi]
Pro
babili
dad d
e g
anar
a a
gente
lin
ea
Probabilidad agente carbon
Probabilidad agente hidro
Unidad de Planeación Minero Energética
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Caso de Prueba
Jan15 Dec17 Dec20 Dec23 Dec26 Dec290
20
40
60
80
100
120
140
[GW
h-m
es]
H5 potencia
H5 spot
T5 potencia
T5 spot
H7 potencia
H7 spot
Jan15 Dec17 Dec20 Dec23 Dec26 Dec290
20
40
60
80
100
120
[GW
h-m
es]
T7 potencia
T7 spot
H9 potencia
H9 spot
T9 potencia
T9 spot
Jan15 Dec17 Dec20 Dec23 Dec26 Dec290
20
40
60
80
100
120
140
[GW
h-m
es]
H5 potencia
H5 spot
T5 potencia
T5 spot
H7 potencia
H7 spot
Jan15 Dec17 Dec20 Dec23 Dec26 Dec290
20
40
60
80
100
120
[GW
h-m
es]
T7 potencia
T7 spot
H9 potencia
H9 spot
T9 potencia
T9 spot
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Caso de PruebaHidroeléctrica Escenario 7
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
2
4
6
8
10
12
14
16
x 108
Puja normalizada [ph/vh]Factor de Planta Hidro
US
D
0
2
4
6
8
10
12
14
16
x 108
Unidad de Planeación Minero Energética
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Caso de PruebaHidroeléctrica Escenario 7
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8x 10
9
Factor de Planta
B y
C c
uango p
i=0.1
7*v
i
Beneficio
Costo
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Caso de PruebaTérmica Escenario 7
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0
2
4
6
8
10
x 108
Puja normalizada [ph/vh]Factor de Planta Carbon
US
D
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x 108
Unidad de Planeación Minero Energética
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Caso de PruebaTérmica Escenario 7
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 12
3
4
5
6
7
8
9
10
11x 10
8
Factor de Planta
B y
C c
uando P
i=0.3
43V
i
Beneficio
Costo
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Caso de PruebaHidroeléctrica Escenario 9
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
2
4
6
8
10
12
x 108
Puja normalizada [ph/vh]Factor de Planta Hidro
US
D
0
2
4
6
8
10
12
x 108
Unidad de Planeación Minero Energética
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Caso de PruebaHidroeléctrica Escenario 9
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 12
4
6
8
10
12
14x 10
8
Factor de Planta
B y
C c
uando p
i=vi*
0.1
7
Beneficio
Costo
Unidad de Planeación Minero Energética
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Caso de PruebaTérmica Escenario 9
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x 108
Puja normalizada [ph/vh]Factor de Planta Carbon
US
D
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x 108
Unidad de Planeación Minero Energética
F-DI-04
Caso de PruebaTérmica Escenario 9
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 12
3
4
5
6
7
8
9
10
11x 10
8
Factor de Planta
B y
C c
uando p
i=vi*
0.3
1
Beneficio
Costo
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Caso de PruebaSimulación CxC victoria SP alternativa convencional
7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8 8.1 8.2 8.3
x 104
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
GWh-año
US
D$/M
Wh-a
ño
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Caso de PruebaSimulación CxC victoria SP alternativa no convencional-OEF 200 GWh-año
7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8 8.1 8.2 8.3
x 104
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
GWh-año
US
D$/M
Wh-a
ño
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Agenda
Introducción
Metodología
Caso de Prueba
Trabajo Futuro
Conclusiones y Recomendaciones
Unidad de Planeación Minero Energética
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Trabajo Futuro
La propuesta regulatoria de la CREG, Documento 077 de 2014, puede complementarse con esquemas de
respuesta de la Demanda-DR. Esta es una tarea pendiente por simular por parte de la UPME.
Los elementos BESS, Battery Energy Storage System, pueden participar en este esquema, brindando
firmeza a la energía requerida por un recurso intermitente, por ejemplo, o como una solución independiente,
lo cual dependerá de las condiciones eléctricas del área bajo estudio.
Una vez reglamentada la propuesta de Potencia Localizada, la UPME deberá modificar los procesos de
convocatoria, ya que el enfoque se ajusta radicalmente (se subastarían soluciones, no proyectos
específicos).
Inclusive en una fase futura, los programas de Eficiencia Energética podrían articularse adecuadamente con
esta propuesta y el mismo mecanismo del Cargo por Confiabilidad.
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Trabajo Futuro
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Trabajo Futuro
Unidad de Planeación Minero Energética
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Trabajo Futuro
Unidad de Planeación Minero Energética
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Trabajo Futuro
0
50
100
150
0
100
200
300
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Despacho F
lore
s I
V [
MW
]
Número Contingencias Críticas - DMax - Sin Baterías
Despacho Flores I [MW]Despacho Tebsa + Barranquilla [MW]
0
2
4
6
8
10
12
14
0
50
100
150
0
100
200
300
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Despacho F
lore
s I
V [
MW
]
Número Contingencias Críticas - DMax - Riomar 34.5 - 35 MW y Unión 34.5 - 20 MW
Despacho Flores I [MW]Despacho Tebsa+Barranquilla [MW]
0
2
4
6
8
10
12
14
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Agenda
Introducción
Metodología
Caso de Prueba
Trabajo Futuro
Conclusiones y Recomendaciones
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Conclusiones y Recomendaciones
Se propuso una metodología integral de planificación generación y transmisión, que cobija varios
procedimientos y enfoques, involucrando procesos heurísticos, de optimización estocástica y teoría de
juegos.
Los resultados evidencian un beneficio para los agentes generadores y la demanda nacional, ya que con
una sola alternativa se están resolviendo dos situaciones a la vez, garantizar la confiabilidad energética y
evitar costos de congestión o desatención de demanda en un área específica.
Al margen de lo anterior, las simulaciones son muy sensibles a los beneficios esperados por venta de
energía en el Mercado Mayorista (particularmente el precio spot), que están directamente relacionados con
la incertidumbre de las tecnologías de los proyectos de generación que se instalarán en el futuro.
Como trabajo futuro actualmente la Unidad estudia la manera de incluir los Elementos Almacenadores de
Energía a través de Baterías-BESS en el esquema propuesto, así como programas activos de participación
de la demanda.