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10 de noviembre del 2009
Experiencia del Operador del Sistema Eléctrico de España en la integración de energía eólica
Ana Mª Clavero Cantos
Índice
La energía eólica en el sistema eléctrico español
Integración de la generación eólica en la operación del sistema eléctrico
Integración de energías en el horizonte 2016. Nuevos estudios
Conclusiones
Índice
La energía eólica en el sistema eléctrico español
Integración de la generación eólica en la operación del sistema eléctrico
Integración de energías en el horizonte 2016. Nuevos estudios
Conclusiones
Experiencia del Operador del Sistema Eléctrico de España en la integración de energía eólica
RED ELÉCTRICA DE ESPAÑA
4
Potencia instalada a 31/12/2008
(90.878 MW)
Cobertura de la demanda
anual de 2008
(263.530 GWh)
Energía en el sistema eléctrico peninsular español
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RED ELÉCTRICA DE ESPAÑA
156245
173058
194905210350
233551
252878
266486
100000
120000
140000
160000
180000
200000
220000
240000
260000
280000
GW
h
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Consumo anual (GWh) 1996-2008.
El sector eléctrico español : Demanda y potencia instalada
Puntas de demanda (MW) 1996-2008.
25357
27369
29484
31247
33236
35490
37600 38210
4370845450
25000
30000
35000
40000
45000
50000
MW
11/1
2/19
96
16/1
2/19
97
09/1
2/19
98
16/1
2/19
99
24/1
2/20
00
17/1
2/20
01
19/0
2/20
03
02/0
3/20
04
27/0
1/20
05
17/1
2/20
07
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
70,000
80,000
90,000
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
MW
Nuclear Coal Fuel-Gas Hydro Combined Cycle Other Special Regime Wind
Potencia instalada (MW) 1996-2008.
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RED ELÉCTRICA DE ESPAÑA
Evolución de la potencia eólica instalada
Plan de Energías Renovables de 2005: 20.000 MW en el año 2010
La Panificación 2016 contempla una escenario con 29.000 MW
Se espera una tasa de crecimiento similar hasta el 2020 par cumplir las iniciativas propuestas por la UE ( 20% energía fina debe ser renovable, 40% energía eléctrica)
6
183 428798
1.525
2.298
3.442
4.927
6.138
8.304
9.653
11.099
13.908
15.87316.262
0
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
16,000
18,000
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
MW
Evolución de la potencia eólica instalada 1996-2009
Índice
La energía eólica en el sistema eléctrico español
Integración de la generación eólica en la operación del sistema eléctrico
Integración de energías en el horizonte 2016. Nuevos estudios
Conclusiones
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Características de la generación eólica (I)
Energía primaria no gestionable
Muy alta variabilidad
Durante la mañana Rampas de bajada en la producción eólica incrementan las rampas de generación convencional.
8
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
20/0
5/2
007
20/0
6/2
007
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7/2
007
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8/2
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9/2
007
20/1
0/2
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1/2
007
20/1
2/2
007
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1/2
008
20/0
2/2
008
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3/2
008
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4/2
008
20/0
5/2
008
Date
MW
DEMANDA vs. PRODUCCIÓN
EÓLICA
26,000
28,000
30,000
32,000
34,000
36,000
38,000
40,000
00:00
01:00
02:00
03:00
04:00
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14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
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22:00
23:00
00:00
1,400
1,900
2,400
2,900
3,400
3,900
Demand 06/02/2008 Wind Production 06/02/2008
PRODUCCIÓN EÓLICA ANUAL
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Características de la generación eólica (II)
Datos correspondientes a 2008
La producción eólica difiere algunas veces de la demanda, especialmente en verano
9
DISTRIBUCIÓN MENSUAL DE LA PRODUCCIÓN
0.00%
5.00%
10.00%
15.00%
20.00%
25.00%
30.00%
35.00%
40.00%
45.00%
jan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hour
DISTRIBUCIÓN HORARIA DE LA PRODUCCIÓN
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Características de la generación eólica (III)
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Evolución absoluta de producción eólica Monótona de la producción de eólica relativa
La producción eólica relativa permanece
“constante” durante largos períodos
Incrementos absolutos de producción
como consecuencia del aumento de
potencia instalada
Producción eólica (GWh)
2005 21.239
2006 22.437
2007 26.643
2008 31.135
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100
Frecuencia (%)
Facto
r h
ora
rio
de u
tili
zació
n (
%)
Año 2005 Año 2006 Año 2007 Año 2008
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RED ELÉCTRICA DE ESPAÑA
Predicciones disponibles para el CECREPredicciones de REE: se ha desarrollado un sistema de previsión para todos los
parques eólicos: SIPREÓLICO. Facilita:
predicciones horarias para las siguientes 48 horas por región y por nudo de la red de
transporte (RdT). Son actualizados cada 15 minutos
predicción horaria total de los siguientes 10 días (actualizados cada hora)
predicción horaria estocástica de la producción total: percentiles 15, 50 y 85
Predicciones de los agentes: programas de los parques eólicos en el mercado
diario
11
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
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17:00
18:00
19:00
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21:00
22:00
23:00
0:00
Time 09/02/2009
Win
d P
rod
ucti
on
in
MW
SIPREÓLICO
Real Production
Market program
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Evolución del error absoluto respecto a la producción
Tiempos límite de predicción: de 24 o 32 horas en adelanto para laevaluación de la reserva en “D-1” y 5 horas para la evaluación entiempo real “D”
Evolución positiva del error de predicción en los últimos años menor necesidad de reservas para “absorber” los errores depredicción, especialmente en D-1
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Sipreólico evaluation 2005-2008
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46
Horas
Mean
ab
so
lute
err
or/
mean
pro
du
cti
on
%
2005
2006
2007
2008
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Requerimiento para generación gestionable
Puesto que existe un mínimo para la generación gestionable (mínimo técnico de generadores,
hidráulica fluyente …), hay un ratio a partir del cual es necesario desacoplar en tiempo real
generación convencional en horas valle, para acoplarla horas después con objeto de cubrir la punta
de demanda (realizado en 13 ocasiones)
Debido a la necesidad de mantener generación convencional acoplada en horas valle para garantizar
la cobertura de la punta (elevado tiempo de arranque) y debido a los requerimientos de servicios
complementarios, existe otro ratio a partir del cual será inevitable la reducción de generación eólica
Requerimiento a 5 de marzo de 2009
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Requerimiento : = Demanda – Generación eólica
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2004-2007: Pocos días con un ratio de requerimiento > 2
2011 (20.000 MW eólicos previstos): 10% del tiempo el ratio de requerimiento será > 2
Posibles soluciones: almacenamiento energético (bombeo), generación eólica proporcionando control potencia-frecuencia, turbinas de gas de arranque rápido…
1.20
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
1.90
2.00
2.10
2.20
2.30
2.40
2.50
2.60
0% 10% 20% 30% 40% 50% 59% 69% 79% 89% 99%
Rati
o
2004 2005 2006 2007 2011
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Pérdida de generación eólica por hueco de tensión
El hueco de tensión producido por un cortocircuito trifásico franco en algunos nudos
de 400 kV afecta a la mayor parte del sistema
Desde el 1 de enero de 2008 todos los nuevos parques eólicos deben certificar que
cumplen el PO 12.3. De todos los parques eólicos existentes antes de esta fecha,
8.400 MW ya han sido certificados
Todavía existen 2.700 MW eólicos sin capacidad para soportar huecos de tensión
inferiores al 85% durante menos de 100 ms
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Control de tensión
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RD 661/2007 Art. 29: Prima o penalización por reactiva
Desde +8 a -4% de 7.8441 c€/kWh en función del factor de potencia
Estos períodos no distinguen laboralidad, por lo que los generadorespodrían comportarse en contra de las necesidades del sistema
Este “control de tensión” consiste realmente en la conexión/desconexión de bancos de condensadores
El operador del Sistema puede enviar consignas diferentes a los valoresestablecidos si detecta problemas de tensión. Esto se haceregularmente con la mayor parte del RE
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Control de tensión. Estudios de planificación
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La búsqueda de la máxima bonificación por parte de los generadores de régimen
especial (Cosφ<0,95 capacitivo en punta) produce sobretensiones inadmisibles
• Elevada generación de potencia reactiva
• Pérdidas
• Tensiones elevadas fuera de límites (P.O.1.1)
Control de tensión por consignas de tensión
Regulación de reactiva. Actual RD 661
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Centro de Control de Energías Renovables (CECRE)
Objetivo: Posibilitar la máxima integración de la generación de régimen especial en la
operación de forma compatible con la seguridad del sistema eléctrico
Función principal: articular la integración de la producción de energía eléctrica del
régimen especial en función de las necesidades del sistema eléctrico
Satisfacer la necesidad de supervisión y control de todos los generadores, mediante
su agrupación en Centros de Control y coordinar a los mismos.
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Índice
La energía eólica en el sistema eléctrico español
Integración de la generación eólica en la operación del sistema eléctrico
Integración de energías en el horizonte 2016. Nuevos estudios
Conclusiones
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¿Por qué un nuevo estudio de integración de renovables?
Política energética europea de fomento de las energías renovables
Objetivos Europeos para 2020 (European Directive 2001/77/CE): 20% de renovables sobre la energía primaria. Se estima en un 40% la participación de la renovables en el sector eléctrico para cumplir el objetivo.
Conocimiento adquirido de funcionamiento del sistema con una importante integración de generación de régimen especial
Eólica instalada actualmente: 17.500 MW
Disponibilidad de una nueva herramienta del operador del sistema para el control de la producción de régimen especial: el CECRE
Nueva planificación de la red de transporte eléctrico con horizonte 2016
Permite ya la integración de una potencia instalada de
Eólica: 29.000 MW
Solar: 4.500 MW
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Integración de energías renovables H2016 Estudios de evacuaciónSon los estudios de red que determinan en un nudo o zona de la red la producción simultánea máxima o capacidad de producción, que posteriormente se traducen en términos de capacidad de conexión.
En los estudios realizados se han considerado dos tipos de criterios:
Criterios Actuales P.O.12.1:
Con objeto de maximizar la seguridad, se modela un elevado perfil de generación de
régimen ordinario
Propuesta de nuevos criterios (Borrador P.O.12.1):
Con objeto de maximizar la integración de renovables, se reduce el perfil de
generación de régimen ordinario a la imprescindible para garantizar la reserva rodante
y la seguridad del sistema.
Cada criterio se combina con dos situaciones de demanda:
Demanda planificada de verano no extrema h2016
Demanda anterior minorada en coherencia con las nuevas previsiones
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Hipótesis de producción de régimen ordinario
MW Zona 1 Península
Total RO 11.124 42.981
RO / Demanda (%) 91 77
Hipótesis actuales Hipótesis nuevas
MW Zona 1 Península
Total RO 4.380 21.010
RO / Demanda (%) 36 38
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Nota: * GRE eólica recogida en documento MITYC “Planificación de los sectores de electricidad y gas 2008-2016”, mayo de 2008.
Incluye información aportada con posterioridad a mayo de 2008 por las CC.AA. de Cantabria y Extremadura
Referencia: planes de las CCAA*
Eólica total instalada: 43.300 MW
Solar total instalada: 9.600 MW
Distribución Régimen Especial conforme a los planes de las Administraciones Regionales. Potencia instalada
MTEBELLO
Eólica
Solar
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Estudios de Capacidad
Evaluación de limites de generación que permitan mantener la idoneidad y seguridad del sistema de acuerdo con los criterios de planificación y operación para el último plan de medio plazo vigente [H2016]
Idoneidad: Estudios de capacidad
Por comportamiento estático (flujo de cargas y análisis de
contingencias)
Por potencia de cortocircuito (5% Scc)
Seguridad: Estudios de aceptabilidad
Comportamiento dinámico: estabilidad tras cortocircuito
Criterios de diseño de red: mallado, magnitud, distancia a red
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Análisis de vertido de renovables
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Mayor probabilidad de vertido en horas de valle
Necesario desarrollo de medidas para reducir vertido: bombeo, coche eléctrico,
gestión de la demanda,… Traslado del consumo a horas valle para lograr mayor
integración de renovable en el sistema eléctrico
Importancia de las interconexiones internacionales para gestionar vertidos
-10,000
-
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
MW
Integración y vertido de renovables en el sistema - Horizonte 2016
Min R.O. Necesario Hid. Fluyente (medio) RE Cogen. RE Bio-RSU-RSI
RE Mini-hid. RE Solar FV RE Termo-Solar Eolica 4
2016 Eficiente Vertido C Dem. Efi. + Export. + Bomb.
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Conclusiones de los estudios realizados
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De los estudios realizados de capacidad de la red para la integración de la generación renovable se concluye que con la red planificada en H2016 podrían integrarse mayoritariamente los planes de las Administraciones Regionales
Sin embargo, la integración de dicho contingente de generación eólica y solar
plantea importantes dificultades de operación diaria
Necesidad de potencia disponible en el sistema para cubrir las puntas
tras un valle con alta generación eólica
Control de la producción en valles y otros casos necesarios
Aportación de las prestaciones que deja de proporcionar la generación
ordinaria
Establecimiento de nuevos requisitos técnicos para el régimen especial (P.O.12.2.: capacidad de soportar huecos de tensión, regulación
dinámica de la tensión (en régimen permanente y perturbado), etc)
Índice
La energía eólica en el sistema eléctrico español
Integración de la generación eólica en la operación del sistema eléctrico
Integración de energías en el horizonte 2016. Nuevos estudios
Conclusiones
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Conclusiones
La integración de generación cuya fuente primaria de energía es de origen renovable es necesaria para reducir la dependencia energética exterior y reducir las emisiones de CO2.
La incorporación de energías renovables de forma masiva tiene unas implicaciones técnicas para el sistema eléctrico que deben tenerse en cuenta.
Cuando la implantación de una determinada tecnología deja de ser marginal (p.e. la generación eólica)
La generación renovable debe aportar al sistema los mismos servicios que la generación convencional a la que sustituyen.
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Conclusiones
Las dificultades asociadas a la variabilidad de las fuentes de energía primaria son más difíciles de resolver. Se pueden reducir mediante las siguientes medidas:
Información de los parques al Centro de Control CECRE
Mejora de los sistemas de predicción
Minimizar los vertidos de renovables (instalación de sistemas de almacenamiento, gestión de la demanda, coche eléctrico, …)
www.ree.es