Calama, Junio 2008

La iniciativa GEVIEl Primer Generador Virtual para Chile

Prof. Rodrigo Palma Behnke (DIE, Universidad de Chile)

Co-autores: Prof. Carlos Gherardelli (DIMEC), Prof. Francisco Gracia (DIQ), Prof. Patricio Mendoza (DIE), Claudio Vergara, Manuel Vargas.

Apoyan: Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de ChileDepartamento de Ingeniería Eléctrica Centro de Modelamiento Matemático, Instituto Milenio de Sistemas Complejos de Ingeniería

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Calama, Junio 2008

ﾰ Contenido

1. Introducción / Motivación

2. Generador Virtual

3. Visión

4. Objetivos y Metodología

5. Estado Actual

6. Conclusiones

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Calama, Junio 2008

1. Introducción / El sector eléctrico

ConamaCorema

Corte Suprema

CONICYT

* Fuente. U. de Chile3

Calama, Junio 2008

1. Introducción / El crecimiento de Demanda

* Fuente. U. de Chile, G. Jiménez

Demanda de energía eléctrica y crecimiento 1960-2006

-10%

-5%

0%

5%

10%

15%

1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004

Año

Cre

cim

ient

o [%

]

0

10000

20000

30000

40000

50000

Dem

anda

[GW

h]

Demanda [GWh] Crecimiento demanda [%]

4

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TENDENCIAS •APEC ELECTRICITY CONSUMPTION PATTERN

•0

•2,000

•4,000

•6,000

•8,000

•10,000

•12,000

•14,000

•16,000

•18,000

•0 •10,000 •20,000 •30,000 •40,000 •50,000•GDP/capita

•Kw

h/ca

pita

•Australia

•Brunei

•Canada

•Chinese Taipei

•Hong Kong, China

•Japan

•New Zealand

•Singapore

•United States

•Chile

•Korea, Rep.

•Malaysia

•Mexico

•Indonesia

•Papua New Guinea

•Peru

•Philippines

•Thailand

•Vietnam

•China

•Russian Federation

•Curve-Superior

•Middle Curve

•Curve-Inferior

Fuente: APEC, L. Vargas U. de Chile

Estabilización en torno a 11000 kWh/cap (3X)Tasa de crecimiento 5% 22 años12000 MW 36000 MW desafío 24000 MW?

1. Introducción – Tarea Pendiente

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Calama, Junio 2008

OPEP y guerra Yom Kippur

1973

Revueltas en Irán1979

Demanda China e India y conflictos

Petróleo

1. Introducción – Precios de combustibles

* Ref: Systep

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Calama, Junio 2008

1. Introducción – Precios de combustibles

Gas natural

* Ref: Systep

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Calama, Junio 2008

1. Introducción – Precios de combustibles

Uranio

8

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1. Introducción – Disponibilidad hidráulica

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

60-6

161

-62

62-6

363

-64

64-6

565

-66

66-6

767

-68

68-6

969

-70

70-7

171

-72

72-7

373

-74

74-7

575

-76

76-7

777

-78

78-7

979

-80

80-8

181

-82

82-8

383

-84

84-8

585

-86

86-8

787

-88

88-8

989

-90

90-9

191

-92

92-9

393

-94

94-9

595

-96

96-9

797

-98

98-9

999

-00

00-0

101

-02

02-0

303

-04

04-0

505

-06

Ener

gía [G

Wh]

Año hidrológico

Energía afluente SIC

* Ref: CNE

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1. Introducción – Disponibilidad hidráulica

2007

200610

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1. Introducción – Disponibilidad gas naturalRecortes de gas de Argentina.

*Ref: Systep

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Calama, Junio 2008

P R E C I O D E N U D O E N E R G I A(V a l o re s e n d ó l a r e s)

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

O C T U B R E19 8 2

O C T U B R E19 8 4

A B R IL19 8 7

O C T U B R E19 8 9

A B R IL19 9 2

O C T U B R E19 9 4

A B R IL19 9 7

O C T U B R E19 9 9

IN D E X . AS E P - 0 1

O C T U B R E2 0 0 2

A B R IL2 0 0 4

O C T U B R E2 0 0 5

IN D E X . AS E P T - 0 6

IN D E X AS E P - 0 7

[mill

s/kW

h]

S IC - S a n t ia g o S IN G - A n to f a g a s ta

P R EC IO D E N U D O EN ER G IA(V a lo re s e n p e so s)

0

2 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

O C T U B R E19 8 2

A B R IL19 8 4

A B R IL19 8 6

A B R IL19 8 8

A B R IL19 9 0

A B R IL19 9 2

A B R IL19 9 4

A B R IL19 9 6

A B R IL19 9 8

A B R IL2 0 0 0

IN D E X . ASEP - 0 1

IN D EX . AO C T - 0 2

O C T U B R E2 0 0 3

O C T U B R E2 0 0 4

IN D E X . AD IC - 0 5

IN D EX . ASE PT - 0 6

IN D EX AJ U L- 0 7

A B R IL2 0 0 8

[$/k

Wh]

S IC - S a n tia g o S ING - A n to g a f a s ta

1. Introducción – Precios de Nudo

12Ref: F. CNE

Calama, Junio 2008

1. Introducción – MotivaciónVisión futura de los sistemas eléctricosSituación actual en Chile: generación distribuida rareza, gran potencial no evaluado!, respuesta a

13

PowerQuality

StorageIndustry

Solar

Household

Fuel Cell

Wind

Combinedcycle plant

Storage

0,4 kV

10/20 kV

110 kV

Metering

Ref: Handschin, UNIDO.

Ref: KEMA Consulting.

seguridad energética.

Calama, Junio 2008

1. Introducción – Potencial de recursos

14Ref: F. CNE

Calama, Junio 2008

ﾰ Contenido

1. Introducción / Motivación

2. Generador Virtual

3. Visión

4. Objetivos y Metodología

5. Estado Actual

6. Conclusiones

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Calama, Junio 2008

2. Generador Virtual - Definición

Definition (VPP)

• GEVI: Grupo de generadores distribuidos (GD) operando bajo un esquema de coordinación común.• GD: Generación deelectricidad con unidades de pequeña escala ubicadas en la cercanía de los consumos.

• Participación como un solo agente de mercado.

• Alta diversidad de fuentes & soluciones tecnológicas.

GeneradorConvencional

GeneradorEólico

Cargas

PanelesSolares

Referencia

Generación

Generación

Consumo

Generación

BaseDatos

UnidadControl

Moni-toreo

Manejo

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Calama, Junio 2008

ISET laboratoriesSTEAG Project Encorp Virtual Power PlantVirtual FC Power Plant

2. Generador Virtual –Iniciativas Internacionales

Fenix project (DER European Union)SOLID-DERPrevious projects in Europe (CRISP, DISPOWER, MICROGRIDS, EUDEEP)Virtual Power Plant NATCON7Decentralized Energy Management System by SIEMENSNTT research centre, Japan (control-communication)

Ref: ISET

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Calama, Junio 2008

ﾰ Contenido

1. Introducción / Motivación

2. Generador Virtual

3. Visión

4. Objetivos y Metodología

5. Estado Actual

6. Conclusiones

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Calama, Junio 2008

Configuraciones GEVI:Administrador de RedesUrbanoZona auto-sustentadaExportador puroMinero

Modos de Operación:IslaCalidad de Suministro y Gestión de RedesExportador de Energía

Recursos Energéticos:HidráulicaEólicoSolar FotovoltaicoSolar ConcentradorBiomasaDieselGeotermiaMareomotriz

GeotermiaGeotermiaEólicoEólico

SolarSolar

HidráulicaHidráulica

BiomasaBiomasa

Calama, Junio 2008

FALLAFALLAOPERACIÓN

ENISLA

OPERACIÓNEN

ISLADESCONEXIÓNDESCONEXIÓNRECONEXIÓNRECONEXIÓN

Calama, Junio 2008 21

GEVI-OP

3. Visión – Zona autosustentada en energía

Calama, Junio 2008

ﾰ Contenido

1. Introducción / Motivación

2. Generador Virtual

3. Visión

4. Objetivos y Metodología

5. Estado Actual

6. Conclusiones

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Calama, Junio 2008 23

Objetivos de la iniciativa

- Contribuir con soluciones tecnológicas para alcanzar seguridadenergética del país y mejorar el entorno.

- Alcanzar el desarrollo de un GEVI competitivo: conceptogeneral, servicios (mercado), esquema de control, plataforma de comunicación, interfaces, desarrollos tecológicos específico.

- Replicabilidad: Aprovechar oportunidad para exportar idea y soluciones.

- Primer prototipo GEVI que entre en operación en el país a comienzos del año 2010 de manera de validar los modelos y equipos desarrollados.

VPP

4. Objetivos / Metodología

Calama, Junio 2008 24

Desarrollos GEVI / Tareas específicas

- Evaluación del potencial de recursos energéticos locales, redesde distribución, servicios complemetariosdimensionamiento de un GEVI (mix energético, capacidades).

- Estrategias de control y plataforma de comunicaciones.

- Integración de tecnologías seleccionadas.

- Desarrollos tecnológicos específicos (energía solar concentrada, microcentrales hidráulicas, fotovoltaica)

- GEVI prototipo.

24

VPP

4. Objetivos / Metodología

q

$/kW

Calama, Junio 2008

GEVI Prototipo

- 5 distintas tecnologías de generación.,

- Al menos 20 unidades,

- Capacidad instalada total >= 100 kW,

- Capacidad de operación en microgrid (fallas),

- Capacidad de exportación de energía,

- Servicios complementarios (manejo de congestiones, regulación de tensión y factor de potencia, optimización de pérdidas óhmicas, corrección de desbalances),

- Estructura modular escalable.

2525

VPP

GEVI-OP

4. Objetivos / Metodología

Calama, Junio 2008Ref: IEEE

4. Objetivos/Metodología – Monitoreo y Control

26

Calama, Junio 2008

• Acceso de información en área semi-rurales.

• Adaptación a diversas arquitectutas de GD.

• Comunicación efectiva (costo/calidad).[wireless, cell-phone (SMS), PLC, ADSL, etc.] vs[distintos servicios (complejidad/precios)]

• Protocolos seguros para multiusuarios(i.e. pronósticos de variables climáticas).

• GEVI como plug-in para solucionesde comunicación existentes.

Fuente: Powerworld

4. Objetivos/Metodología – Comunicaciones

Calama, Junio 2008

ﾰ Contenido

1. Introducción / Motivación

2. Generador Virtual

3. Visión

4. Objetivos y Metodología

5. Estado Actual

6. Conclusiones

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Calama, Junio 2008

5. Estado Actual – Plan de Trabajo

2008

enero

Creación delaboratorio

de desarrollo

Partida GEVI

diciembre

2009

junio

Fin fase de diseño y plan de trabajo

junio

2010octubre

Comienzo defase de

implementación

Entrada en operación

GEVIPrueba en

terreno

GEVIPruebas delaboratorio

Fondosconscursables

socios en laindustria

29

Calama, Junio 2008 30

- Definición detallada del proyecto.

- Prototipo de central microhidráulica de 10 kVA.

- Desarrollo de un convertidor DC/DC eficiente.

- Desarrollo de un compensador estático de reactivos de

baja escala.

- Estudio de servicios de un GEVI en un mercado de tipo Pool.

- Experiencia de laboratorio de un GEVI monofásico.

- Sistema de monitoreo remoto RF.

30

VPP

5. Estado Actual–Desarrollos completados

Calama, Junio 2008

- Se presentó: Necesidad Posibilidades de solución Oportunidadpara la innovación tecnológica a nivel local modular replicable.

- GEVI y sus características.

- Algunos desarrollos específicos requeridos (comunicaciones / control).

6. Conclusiones

Contribuir, a través de la presentación de una iniciativa

concreta (GEVI), a la reflexiónsobre la forma en que los

protagonistas de la industria minera y de las TICA pueden innovar en el nuevo milenio.