Red eléctrica inteligente: concepto y perspectivas

Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas

Red Eléctrica Inteligente:Concepto y Perspectivas

Dr. Rolando Nieva Gómez

13 Junio 2011


Esquema

• ¿Qué es una red eléctrica inteligente?

• Motivadores del desarrollo de Redes Inteligentes

• Oportunidades para una Red Inteligente en México

� reducir las pérdidas de transmisión y distribución

� prever y reducir las fallas de equipo

� optimizar los programas de mantenimiento

� mejorar el aprovechamiento de la capacidad instalada

� reducir los riesgos de operación

� incrementar la eficiencia en el consumo


¿Qué es una Red Eléctrica Inteligente?

� No existe una definición única, universalmente aceptada

Es una manera genérica de referirse a la modernización de las redes eléctricas actuales, en las que en el futuro se hará un uso más intenso de:� las tecnologías de

información, � la infraestructura de

comunicaciones, � los sensores, � la inteligencia artificial,� nuevas técnicas de

monitoreo y diagnóstico, …. entre otros elementos.


• Eficiencia económica y energética

• Confiabilidad

• Seguridad energética

• Sustentabilidad

• Impulso a la actividad económica

Motivadores del Desarrollo de RIs

En el mundo, se perciben diferentes matices, que se explican por la diversidad de entornos socio-económicos, y diferencias culturales y geográficas


Diversidad de Impulsores● Unión Europea: Cambio climático: energía limpia y renovable, eficiencia

Energética (competitividad) , independencia energética, demanda sofisticada (vehículos eléctricos, sociedad digital).

● Estados Unidos: Independencia energética, recuperación económica, modernización de infraestructura de T&D, confiabilidad y seguridad, generación renovable y distribuida, cambio climático, demanda sofisticada.

● Japón: Cambio climático, creciente integración de generación distribuida intermitente (Foto Voltaica distribuida), infraestructura de T&D automatizada pero envejeciendo.

● China: Infraestructura eléctrica en crecimiento acelerado, transmisión a largas distancias.

● India: Infraestructura eléctrica en crecimiento acelerado, pérdidas del 40%.


Objetivos de la Estrategia Nacional de Energía1 que incidirán en el desarrollo de una Red Inteligente:

o Diversificar las fuentes de energía, incrementando la participación de tecnologías limpias

o Incrementar los niveles de eficiencia en el consumo de energíao Operar en forma eficiente, confiable y segura la infraestructura

energéticao Proveer energéticos de calidad a precios competitivos a centros de

población marginadoso Proveer desarrollo tecnológico y capital humano para el

sector energía

Impulsores: Caso de MÉXICO

1 Estrategia Nacional de Energía (2010-2024), SENER


Confiabilidad

Eficiencia

Económica y

Energética

Seguridad

Energética

Sustentabilidad

ambiental

Sofisticación

de usuarios de

la Red Eléctrica

Eficiencia en consumo

• Tarifas por tiempo de uso

• Precios en tiempo real

• Comunicación bidireccional y medición por tiempo de uso

• Contribución de demanda al balance de energía

Eficiencia en TyD• Reducción de pérdidas

• Prevención de fallas: monitoreo y diagnóstico, gestión de activos

• Mejor visión situacional y operativa en Centros de Control

Aprovechamiento de la

capacidad instalada

Generación distribuida

en baja tensión y

almacenamiento local

Vehículos eléctricos

Calidad para era digital

Integración de fuentes

renovables

Sistemas y servicios de apoyo de administración

de energía en casas, comercios, industria,

hoteles, edificios públicos

Microredes en casas, comercios, industria

hoteles, edificios

• Automatización de la distribución

• Almacenamiento comunitario

• Control automático de voltaje en baja tensión

• Red de comunicaciones y datos

• Apoyo logístico a fuerza móvil

• Mejor visión situacional y operativa en distribución

• Transmisión flexible

• Almacenamiento de energía

Factores que incidirán en el perfil de las Redes Eléctricas del futuro

Equipos eléctricos que contribuyen

automáticamente al balance producción-

demanda

Red

Eléctrica

Inteligente

El Futuro de las Redes Eléctricas


• reducir las pérdidas de transmisión y distribución

• prever y reducir las fallas de equipo

• optimizar los programas de mantenimiento

• mejorar el aprovechamiento de la capacidad instalada

• reducir los riesgos de operación

• incrementar la eficiencia en el consumo

Oportunidades Para una Red Inteligente


18% de pérdidas en el Sistema Eléctrico Nacional

• 2.24% en transmisión

• 15.73% en distribución

Pérdidas en transmisión y distribución

Meta1 a 2024: 8%

1 Estrategia Nacional de Energía (2010-2024), SENER


• Capacitores en circuitos primarios

• Alimentadores más cortos

• Recalibración de conductores

Reducir las pérdidas de distribución

E C A - 2 5

E C A T E P E C

E C A - 2 4

E C A T E P E C

E C A - 2 7

E C A T E P E C

E C A - 2 6

E C A T E P E C

E C A - 2 1

E C A T E P E C

E C A - 2 3

E C A T E P E C

E C A - 2 2

E C A T E P E C

E C A - 2 8

E C A T E P E C

E C A - 2 3 X

E C A T E P E C

E C A - 2 5 X

E C A T E P E C

E C A - 2 7 X

E C A T E P E C

E C A - 2 1 X

E C A T E P E C

V D M - 2 1

C R G - 2 7

C R G - 2 2

V D M - 2 1 X

V D M - 2 2

T I Z - 2 8

T I Z - 2 2

V D F - 2 2

V I C - 2 6

T I Z - 2 7 X

V D F - 2 2

V D F - 2 1

C R G - 2 5 X

C R G - 2 4

V D M - 2 3

V D M - 2 4

V D F - 2 3

V D F - 2 1

V D M - 2 1 X

V D M - 2 2

V D M - 2 4

T I Z - 2 8

Z U M - 2 7

V D F - 2 1

V D M - 2 3

V D F - 2 5

V D F - 2 5

V D F - 2 4

V D F - 2 4

C R G - 2 4

V D M - 2 2

C R G - 2 1

C R G - 2 1

T I Z - 2 8

V D F - 2 2

C R G - 2 5 X

C R G - 2 1 X

C R G - 2 2

V D M - 2 2

C R G - 2 4

C R G - 2 1

T I Z - 2 8

V D F - 2 3

V D F - 2 1

V D M - 2 2

Soluciones tradicionales:


• Balanceo dinámico de cargas� Transferencia automática de

carga, entre alimentadores, transformadores y subestaciones

• Control automático de voltaje

• Medición Inteligente con concentrador� Detección de ilícitos

Enfoque de Redes Inteligentes

INTRANET

MEDIDOR DE CORRIENTE EN MEDIA TENSIÓN

SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN DE DATOS DE MEDICIÓN

SUBESTACIÓNELÉCTRICA

CONCENTRADORDE MEDICIONES

IN-HOME DISPLAY

PLC MT

PLC BT

PLC BT

EMPRESA ELÉCTRICA

Reducir las pérdidas de distribución


Prever y reducir las fallas de equipo

• Monitoreo y diagnóstico de condición de equipos primarios de generación, transmisión y distribución

• Valoración de riesgos

• Optimización de programas de mantenimiento

� Centrado en confiabilidad

� Predicción y prevención de fallas con base en la condición del equipo


• Monitoreo remoto de activos importantes

• Inteligencia artificial aplicada al diagnóstico

• Centros de diagnóstico


Prever y reducir las fallas de equipo


Mejorar el aprovechamiento de la capacidad instalada

• Determinación en tiempo real de las capacidades de transmisión y transformación

• Flexibilidad para recibir energía limpia y renovable

• Gestión de activos



Flexibilidad para recibir energía limpia y renovable

Reto: intermitencia• Saturación de los enlaces de

transmisión

• Impacto en la regulación de la frecuencia

• Insuficiente margen de reserva de generación


• Pronóstico de corto plazo de energía de fuentes intermitentes


NWP aescala

continental

Geografía

del sitio

NWPMeso-escalar

NWPMeso-escalar

ciclado

SCADA

histórico

SCADA en

tiempo real

Estadísticas dela velocidad

del viento

Pronósticos de

la velocidaddel viento

Modelo depotencia

Pronóstico dePotencia (Técnicas estadísticas y de

Inteligencia Artificial

Adaptacióndel modelo

Adaptación

del modelo

Calculo del flujo en alta

resolución

NWP aescala

continental

Geografía

del sitio

NWPMeso-escalar

NWPMeso-escalar

ciclado

SCADA

histórico

SCADA en

tiempo real


del viento

Pronósticos de


Modelo depotencia




Adaptación

del modelo


resolución

NWP aescala

continental

Geografía

del sitio

NWPMeso-escalar

NWPMeso-escalar

ciclado

SCADA

histórico

SCADA en

tiempo real


del viento

Pronósticos de


Modelo depotencia




Adaptación

del modelo


resolución

NWP aescala

continental

Geografía

del sitio

NWPMeso-escalar

NWPMeso-escalar

ciclado

SCADA

histórico

SCADA en

tiempo real


del viento

Pronósticos de


Modelo depotencia




Adaptación

del modelo


resolución

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600 700 800

MWh

Intervalo Horario

Pronóstico vs. Medición de generación en Central Eólica la Venta II

PRONOSTICO (MWh) MEDICION (MWh)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 100 200 300 400 500 600 700 800

MWh

Intervalo Horario

Pronóstico vs. Medición de generación en Central Eólica la Venta II

PRONOSTICO (MWh) MEDICION (MWh)



• Predespacho y redespacho con base en pronóstico de corto plazo de la generación intermitente

• Control automático de la generación del sistema para compensar la intermitencia




Riesgos de operación

Causas:

• Fallas de equipos y/o sistemas de protección

• Inestabilidad del sistema

• Fenómenos meteorológicos

• Error humano

Posibles consecuencias:

• Apagones en áreas extensas

• Daños a equipos y/o procesos

• Pérdidas de vida


Reducir los riesgos de operación

Soluciones:

• Mejor conciencia situacional de operadores del sistema

� Medición sincrofasorial de cobertura nacional

� Sistemas automáticos de valoración continua de riesgos, y de síntesis de acciones preventivas

• Alertas tempranas y sistemas de control de área amplia




Soluciones:

• Inteligencia artificial aplicada a la restauración postdisturbio

• Desarrollo de competencias técnicas y conductuales

� Simuladores de entrenamiento de operadores




Para distribución:

• Centros de control de la distribución

� Supervisión y control de subestaciones

• Inteligencia artificial aplicada a la restauración postdisturbio

• Protección y seccionamiento automatizado de alimentadores

• Infraestructura de comunicaciones


GestiGestióón de la distribucin de la distribucióón (DMS)n (DMS)

Automatización de subestaciones de

transmisión

Automatización de la distribución, subestaciones y alimentadores

Infraestructura de medición

avanzada

Redes en el hogar y

dispositivos

Integración de información empresarial

Normas(CIM)

Infraestructura de comunicaciones

Planeación de la operación

DMS EMS

SCADAOperaciones T&D

Planeación de la

expansión

Gestión del

mantto.

Gestión de activos

GIS OMS WFM

MDM CIS Atención a clientes

Facturación

Gestión de la distribución

Servicios al cliente


Incrementar la eficiencia en el consumo

Programa Nacional para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía1

• Transporte automotor

• Iluminación

• Equipos del hogar e inmuebles

• Cogeneración

• Edificaciones

• Motores Industriales

• Bombas agrícolas1 Diario Oficial, 27 de noviembre 20092 Estrategia Nacional de Energía 2010-2024, SENER

Meta2: reducir un punto porcentual en la tasa de crecimiento anual



• Medición Inteligente

• Tarifas que reflejan costos de oportunidad

• Programas para impulsar la Respuesta de la Demanda

• Sistemas de administración de energía

� Casas, edificios, comercios e industria


SubmediciónDisplay remoto

Áreas de trabajo en una industria, en un edificio de

oficinas, en un comercio, etc.

Administración de la energía


Pero, ¿cómo respondería la demanda en un esquema de Redes Inteligentes?

• 26 millones de usuarios residenciales (77.4%): consumo promedio mensual menor a 250 KWh

• 3.4 millones de usuarios en tarifa general (10%): consumo promedio mensual menor a 300 KWh

Análisis con base en datos del Sistema de Informacion Energetica



¿Habría respuesta del segmento de alto consumo?

• 3.7 millones de usuarios residenciales (10.9%): consumo promedio mensual mayor a 250 KWh

• 21,000 usuarios en tarifa general (0.06%) con demanda mayor a 25 KW

Necesario evaluar la relación beneficio/costo de programas de Respuesta de la Demanda centrados en el uso de medidores inteligentes y tarifas que reflejen costos de oportunidad

Análisis con base en datos del Sistema de Informacion Energetica



¡Gracias por su atención!

Dr. Rolando Nieva Gómez

Instituto de Investigaciones Eléctricas

Calle Reforma N° 113 Col. Palmira

62490 Cuernavaca, Morelos, México

E-mail: [email protected]

Red eléctrica inteligente: concepto y perspectivas

Documents

Transcript of Red eléctrica inteligente: concepto y perspectivas