Redes eléctricas estables con alta proporción de energías...

www.renewables-made-in-germany.com Quito, May 19th 2015

Redes eléctricas estables con altaproporción de energías renovables

19.05.2015 | Daniel Unger | Stab le Power Grids | Pág. 2

� Introducción

� Principios básicos de los servicios auxiliares (SA / AS)

� Control de frecuencia

� Control de voltaje

� Restauración de la red

� Gestión del sistema

� Cambios en la demanda y requisitos planteados a los SA

� Resumen y pronóstico

Agenda


Enfoque investigativo del instituto elenia

=

~

=

~

Electromovilidad

Redes inteligentes

Componentes para la

transmisión y distribución

de electricidad


Enfoque investigativo del instituto elenia

Emil (siglas en inglés)– Electromovilidadcon carga por inducción (vitrina de la movilidad eléctrica)

Control de frecuencia en la FV (Ministerio Fed. de Economía)

Estudio FNN “Estabilización estática de la tensión“

Metro FV almacenado(Ministerio Fed. De Economía)


Motivación – energías convencionales vs. renovables (EE RR)

0

50

100

150

200

250

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050

En

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[GW

]

EE-Import

Photovoltaik

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Biomasse, Geothermie undWasserkraft

Pumpspeicher, andereSpeicher

Fossil + EE-Wasserstoff

Kernenergie

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Importación de EERR

Energía fotovoltáica (FV)

Energía eólica

Energías de biomasa, geotérmica

e hidroeléctrica

Plantas de almacenamiento

Plantas fósiles

Plantas nucleares

83,1 GW = máximademanda hoy

35 GW = mínima demanda hoy


Tecnología en red / Operación en red en el Forum del VDE (FNN)

Fuente: VDE FNN


Estructura de la red alemana e integración de las E ERR

GGG110kV

10/20 kV

400V

hogares

380/220kV

G GGG

G

TSO

DSO

His

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Ho

y


A más de la pura distribución de la potencia activa, varios parámetros más en el

suministro eléctrico son importantes, como: frecuencia, voltaje y forma de onda

“Los servicios auxiliares son absolutamente necesarios para el fun-

cionamiento del sistema eléctrico. Estos servicios son ofrecidos por los

operadores del sistema al usuario de la red, más allá de la pura transmisión

y distribución de electricidad. Definen la calidad del suministro:

� control de la frecuencia

� control del voltaje

� restauración de la red

� gestión del sistema y de la operación”.

¿Qué son servicios auxiliares?

Fuente: Distribution Code 2007, VDN


Principios básicos de los servicios auxiliares

� reserva de control,equilibra demanda-suministro� frecuencia de red como variable controlada� rotación de masas por inercia� cadena de control: reserva prima-

ria, secundaria y terciaria� suministro de plantas convencio-

nales y cargas diferibles� reducción eléctrica, dependiendo

de la frecuencia (“50,2 Hz”)

� monitoreo y supervisión: todos los niveles de red� gestión de alimentación y congestión

� prevención de sobrecargas localescoordinación de operación de red

� unidad de control de red comoinstrumento central de control

� restauración de red después de corte� desconectar fuente de perturbación

� construcción de redes aisladas� cambiar medidas para reestablecer

sucesivamente el suministro;coordinado por unidad central de control y suministrado por

plantas eléctricas con habilidad de reinicio(almacenamiento/hidroeléctrica y turbina a gas)

� gestión de potencia reactiva paracontrol de voltaje

� soporte del voltaje en caso de apagón

� operación de cambio de fase� sistemas de compensación

(STATCOM, FACTS,…)


Reserva de control para controlar frecuencia

Source: Verstege

5 s 10 s 15 min 1 h

5 s 10 s 15 min 1 h

5 s 10 s 15 min 1 h

Frequency

Demand and Supply

Primary and secondary

control reserve

f

P

��

∆P

∆P


Procedimiento de precalificación y condiciones del mer cado

� TSO anuncia demanda de reserva

� Suministradores precalificados pueden ofertarnúmero de reservas de control

� Diferentes condiciones de mercado para las 3 calidades de reservas de control

� Hasta ahora: plantas convencionales suminis-traban reserva de control

� Mercado se abre a EERR, lento pero seguro

Reserva primaria Reserva secundaria Reserva en minutos

división del tiempo 24 h por una semana Dos divisiones (horario punta y fuera de punta) Seis divisiones de 4 h cada una

Potencia mínima ±1 MW +5 MW or -5 MW +5 MW or -5 MW

Período de subasta semanal semanal diario (excepto sábado, domingo y feriados)

Tiempo activación potencia completa después de 30 s después de 30 s reacción mesurable, potencia

completa después de 5 min

anuncio 7,5 min antes de activación, potencia total a los 15 min

Máxima duración 15 min 4 h reemplazado en el mercado intra-día

Requisitos técnicos automática (cambio de frecuencia) automática, señal externa de TSO automática, señal externa de TSO

Pagos precio capacidad (€ / MW) precio capacidad (€ / MW) y precio energía (€ / MWh) precio capacidad (€ / MW) y precio energía (€ / MWh)

Pooling sólo al interior de áreas de control sólo al interior de áreas de control – para alcanzar la

potencia mínima también fuera de áreas de control

sólo al interior de áreas de control – para alcanzar la potencia

mínima también fuera de áreas de control

Demanda actual 783 MW (+ y -) (DE, CH, NL, AT) 1973 MW (-) y 2026 MW (+) (DE) 2039 MW (-) y 2726 MW (+) (DE)


Contribución de energías renovables a control de fre cuencia

50.2 Hz ≤ f ≤ 51.5 Hz∆P = 40 % per Hz


Conceptos de reactancia en las energías renovables

Transmisión Alto voltaje Voltaje medio Bajo Voltaje

So

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Se deberán desarrollar nuevos conceptos para la red de distribución


Ejemplo: Instalación de planta FV: En horas de baja carga antes del almuerzo se produce una reversión del flujo

eléctrico. Violación del criterio sobre voltaje, según lo descrito en la norma EN 50160.

Problemas de voltaje fueron mitigados previamente, a través del costoso desarrollo de la red

que incluye mayores cantidades de cobre, cableado nuevo y transformadores más potentes.

Gestión de reactancia - controlar voltaje en red de bajo v oltaje

Fue

nte:

SM

A S

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Tec

hnol

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Gestión de reactancias: controlar voltaje en red de baj o voltaje


> Ejemplo: operación inductiva / de insuficiente excitación por par te del inversor FV

(absorción de potencia reactiva) reduce el aumento de voltaje

Gestión de reactancias: controlar voltaje en red de baj o voltaje

Fue

nte:

SM

A S

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Tec

hnol

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Restauración de la red después del apagón

� El concepto actual incluye una restauración de la red después del apagón, vía trabajo en la red de transmisión.

� Plantas eléctricas con habilidad de reinicio (plantashidroeléctricas y con turbinas de gas) reestablecen el suministro en el nivel de voltaje máximo

� Por lo tanto, apoyan a otras plantas aisladas a reiniciarse

� Redes aisladas separadas se sincronizan dentro de un sistema de red más extenso

� Luego se conectan gradualmente los niveles de red másbajos, y sus cargas

Un complejo concepto de restauración de la red, víatrabajo en la red de transmisión

Capacitación frecuente a los empleados del centro de control, en temas del proceso de restauración


Gestión de alimentación y congestión

� Monitoreo del estado actual de la red

� Continuo monitoreo en los niveles de voltaje máximo y alto, solamente.

monitoreo parcial en los niveles de voltaje medio

En la mayoría de redes de voltaje bajo no se realiza monitoreo

� Gestión de la congestión para prevenir sobrecargas locales

Por ej: a través de la gestión de alimentación (EERR), redespacho (plantas

eléctricas convencionales) u otra acción para influir sobre alimen-

tación (countertrading / intercambio compensatorio)

� Asegurar y suministrar los otros servicios auxiliares

(control de frecuencia, control de voltaje y restauración red)

Responsibilidades TSO: organización del uso de la reserva de control, de la potencia reactiva,

gestión de congestión y restauración de la red

Responsibilidades DSO: control del voltaje local y restauración de red (en apoyo a TSO)

Sou

rce:

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Refuerzo de la red de transmisión

Sou

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� La mayor parte de la energía eólica estáinstalada en el norte de Alemania

� La mayor parte de energía fotovoltáicase instaló en el sur

� Biomasa está distribuida por igual

� Medidas de re despacho sobre todopor energía eólica

� TSO propuso tomar medidas de reforzamiento de la red

� Opinión pública participa en el proceso


Sistemas de inversores aptos para proveer servicios auxi liares

� Soporte de la red de distribución a la red de transmisión

� Estabilización de la frecuencia con energía eólica (China – ej. Irlanda) o con sistemas FV (China y “rendimiento de control”)

� Hacer un pool con diferentes fuentes renovables para convertirlo en un pool de reserva

� Gestión activa de potencia reactiva con el sistema de inversores, sin alimentación eléctricaactiva (modo de cambio de fase a partir de sistemas de inversores)

� Nuevos mecanismos de control de caída (Q(u), P(u))

� En caso de apagón, las redes de 110kV se sostienen a sí mismas en una red aislada (con el apoyo de generadores de EERR)

� Gestión de re-despacho, alimentación y congestión en pocas horas, en vez de expansión de red

� Introducción controlada de metros inteligentes con límite bagatela

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A futuro: servicios auxiliares deberán ser suministrado s por“plantas eléctricas de la zona”

mundo antiguo: centralizado

nuevo mundo: descentralizado

plantas eléctricascentralizadas

“plantas locales“

TSO380/220 kV

DSO110/20/0,4 kV

DSO

TSO

serviciosauxiliares

serviciosauxiliares


Ejemplo de red aislada en operación

> Primer sistema modular de

corriente alterna con inversor

fotovoltáico (2001)

> Nuevo enfoque: operación

paralela de batería e inversor

solar

> Solución: servicios auxiliares

suministrados por inversores

para control de frecuencia y

voltaje

> Alternativa: viento / biomasa Fuente: SMA Solar Technology


Resumen y pronóstico

� Control de frecuencia: - equilibrar suministro y demanda en todo momento- hoy: suministro plantas eléctricas convencionales (carbón, gas, nuclear)- futuro: energías renovables integradas para controlar frecuencia

� Control de voltaje: - mantener el voltaje en sus límites (± 10% of ��)- hoy: provisión de potencia reactiva en la red de transmisión- futuro: gestión de potencia reactiva a nivel de red de distribución

� Restauración de red: - plantas centrales con habilidad de reinicialización construyenla red de transmisión

- concepto celular (sostener el sistema a nivel de la red 110kV)

� Gestión del sistema: - compleja gestión del sistema por aumento de alimentación fluctuante

- procesos y herramientas aptas para controlar redes de bajo voltaje

Los servicios auxiliares futuros serán prestados a nivel de la red de distribución

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19.05.2015 | Daniel Unger | Grid Integration| Pág. 24

Redes eléctricas estables con unaalta proporción de energías renovablesDipl.-Wirtsch.-Ing. Daniel Unger

TU Braunschweig – elenia

[email protected]

Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

TU Braunschweig – elenia

Email: [email protected]

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