Soluciones integrales para la red de distribución eléctrica inteligente.
La Red Eléctrica Inteligente. Conceptos, elementos y ...
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La Red Eléctrica Inteligente. Conceptos, elementos y perspectivas. Salvador González Castro II Congreso Conjunto de la Asociación Mexicana para la Economía Energética, la Asociación Mexicana de Energía y el Capítulo México del Consejo Mundial de Energía. 5 de noviembre de 2010 México, D.F.
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La Red Eléctrica Inteligente.Conceptos, elementos y
perspectivas.
Salvador González Castro
II Congreso Conjunto de la Asociación Mexicana para la Economía Energética, la Asociación Mexicana de Energía y el
Capítulo México del Consejo Mundial de Energía.
5 de noviembre de 2010México, D.F.
AGENDA
� Significado de Red Inteligente
� Características deseables y elementos clave de la Red Inteligente
� Impulsores y metas
� Modelo de madurez de redes inteligentes
� Oportunidades que abre la Red Inteligente
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SIGNIFICADO DE RED INTELIGENTE
� No existe una definición única, universalmente aceptada.
● No es una tecnología.● No es un nuevo producto.● No es una arquitectura
particular e innovadora de red.
� Es una manera genérica de referirse a las redes eléctricas proyectadas a futuro, tomando en cuenta sus propios entornos y escenarios previsibles o deseables.
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CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
� Integra al usuario final.
● Mantiene informado al usuario sobre tarifas variables.
● Gestión de la demanda (lado empresa y lado usuario).o Usuarios R, C&I
o Intercambio de mensajes con la empresa de electricidad;o Control de cargas eléctricas de manera manual o automática.
● Beneficios para usuarios, empresa y país.
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CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVEHogares y edificios inteligentes.
Red AMI al
medidor
Medidor
Inteligente
IHD
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● Generación centralizada masiva.● Generación distribuida. Renovables
y no contaminantes.● Almacenamiento de energía
(vehículos eléctricos, re-bombeo, aire comprimido, etc.).
CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
� Acomoda distintas opciones de generación y almacenamiento de energía.
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� Optimiza activos y opera eficientemente.
● Integrando al usuario final.
● Sistemas sofisticados de gestión de activos (vigilancia continua, predicción, diagnóstico).
CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
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● Toma de acciones auto/semiautomáticas, tomando en cuenta intermitencias (Integridad, estabilidad, seguridad y calidad).
● Beneficios: reduce fallas, pérdidas de energía, tiempos de restablecimiento, TIU, inversión y gastos de operación; optimiza mantenimiento (vida útil y gastos asociados).
� Ofrece seguridad física y cibernética.
● Identifica con claridad los puntos de vulnerabilidad, reduciéndolos, y cuenta con los mecanismos de protección necesarios (predice, evita, detecta, mitiga y restablece + rápido).
● Reduce los accidentes y el impacto al personal y a los activos físicos.
�Auto-reparable o auto-curable (self-healing).
● Se asocia directamente con el punto anterior y con la operación eficiente.
CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
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● Transporte de información y señales de control en el tiempo y los volúmenes requerido por las aplicaciones (ancho de banda, disponibilidad).
● Robusta, con vías alternas, con alto grado de seguridad, con flujo bidireccional, incluyendo a los usuarios.
● Red de redes (Multi-medios, arquitectura abierta, multi-protocolos).
� Comunicaciones integradas (red superpuesta).
CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
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� Sistemas de control, vigilancia y de administración de la red.
● OMS, DMS, GIS, MDM, etc.
● FACTS, PMU, superconductores, inversores, etc.
● Reconfiguración de alimentadores (aislamiento de fallas).
● Control de micro-redes.
● Otros.
Deben cumplir con estándares de interoperabilidad (CIM).
CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
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Para lograr la interoperabilidad de sistemas heterogéneos, se requiere resolver un problema conocido como “distancia para integración”: a) Integración personalizada; b) Interfaces; c) Modelo común; d) “Plug-and-Play”.
CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
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� Normas y estándares adecuados en temas relevantes.
● Instituciones que han identificado o emitido estándares, recomendaciones o guías para la RI: IEC, IEEE, IETF, ANSI, NIST, NERC, W3C.
● Documento NIST “SG Framework and Roadmap” 75 estándares, especificaciones o guías (respuesta a la demanda eficiencia energética del cliente, almacenamiento de energía, seguridad cibernética, redes de comunicaciones, etc.).
� Leyes. Ej.: Ley mexicana para el aprovechamiento de energías renovables y la transición energética.
CARACTERÍSTICAS DESEABLES O ELEMENTOS CLAVE
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IMPULSORES Y METAS
� Impulsores.
● Unión Europea: Sustentabilidad, competitividad, independencia energética, demanda sofisticada.
● Estados Unidos: Independencia energética, modernización de infraestructura de T&D, cambio climático, demanda sofisticada, generación intermitente.
● Japón: Cambio climático, balance generación-demanda (fuentes intermitentes en distribución -FV-), etc.
● China: Infraestructura eléctrica en crecimiento acelerado, transmisión a largas distancias.
● India: Infraestructura eléctrica en crecimiento acelerado, pérdidas del 40%.
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� Metas.
● Unión Europea: En 2020, reducir en 20% la emisión de gases de efecto invernadero (GEI), mejorar 20% la eficiencia energética e incrementar 20% la energía renovable.
● Corea del Sur: Ahorro de energía 3% para 2030, pérdidas 3.5% para 2020, AMI 100% para 2020, energía renovable 11% de la capacidad total para 2030, etc.
● EDF: Reducir emisión de GEI para 2050 por un factor de 4 vs 1990, Reducir 38% el consumo en casas viejas para 2020, incremento de 23% en fuentes renovables para 2020.
IMPULSORES Y METAS
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� Impulsores potenciales.
● Los objetivos de la Estrategia Nacional de Energía que inciden en la RI:
o Diversificar las fuentes de energía, incrementando la participación de tecnologías limpias (2).
o Incrementar los niveles de eficiencia en el consumo de energía (3).o Operar en forma eficiente, confiable y segura la infraestructura
energética (5).o Proveer energéticos de calidad a precios competitivos a centros de
población marginados (8).o Proveer desarrollo tecnológico y capital humano para el
sector energía (9).
IMPULSORES Y METAS.- CASO MÉXICO
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IMPULSORES Y METAS.- CASO MÉXICO
� Metas potenciales.
● Indicadores y metas de la ENE al 2024.
o Eficiencia económica y productiva: Margen de reserva de electricidad 22%; Pérdidas de electricidad 8%; Nivel de electrificación del país 98.5%.
o Sustentabilidad ambiental: Capacidad de generación eléctrica con tecnologías limpias 35%; Ahorro en el consumo final de energía de 280 TWh (1% de la tasa de crecimiento anual).
● Indicadores y metas que defina la CFE para la RI en México.
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MODELO DE MADUREZ DE LA RI
Desarrollado por un consorcio de empresas y transferido al Instituto de Ingeniería de Software (SEI) de la Universidad Carnegie-Mellon.
El SGMM es una herramienta de gestión: Marco de referencia para comprender el estado actual de la RI; Identifica capacidad de la empresa eléctrica para soportar la RI; Define contexto para establecer estrategias y planes de trabajo para implementar la RI.
●Dominios.- Estrategia, Gestión y Regulación, Organización y Estructura, Operación de la Red, Gestión de Trabajo y del Activo, Tecnología, Cliente, Integración Cadena de Valor, Ambiental y Sociedad.
●Niveles. Arranque; Iniciando; Funcional; Integración; Optimización; Innovación.
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Operación
Capacidades y características que apoyan a que la operación de la red eléctrica sea:
confiable, segura y eficiente
• La capacidad de auto-repararse de la red esta presente (“Self-Healing”).
• La toma de decisiones del sistema completo se basa en un análisis analítico de la red automatizada.Innovación
Optimización
• Los datos de operación obtenidos de los desarrollos de RI son utilizados para optimizar procesos en toda la
organización.
• La gestión de la operación de la red de se basa en datos casi en tiempo real.
• El pronóstico de la operación se basa en datos casi en tiempo real.
• La información de la operación de la red ha sido publicada para diversas funciones y líneas de negocio.
• Existe decisiones automatizadas para los esquemas de protección , basados en el monitoreo de la zona.
Integración
Habilitación
Inicialización
• La nueva información para apoyar el análisis y toma de decisiones para las operación de la red está disponible en
múltiples sistemas y funciones de la organización.
• El control analítico han sido implementado y se utiliza para mejorar las decisiones a través de las líneas de negocio.
• La planeación de la operación de la red se basa ahora en datos disponibles de las capacidades de RI.
• Los contadores inteligentes son importantes para la sensibilidad de la gestión de la red.
• Los datos de la red son utilizados por las funciones de seguridad en la organización.
• Existen decisiones automatizadas para los esquemas de protección.
• Se ponen en marcha proyectos para la automatización de la distribución.
• Se implementan esquemas avanzados para la restauración, los cuales resuelven o reducen el tiempo de las interrupciones.
• Se inicia la toma de decisiones manuales basadas en la información del SCADA y monitoreo remoto de activos en los
alimentadores.
• Se inicia la inversión en la expansión de las red de comunicaciones y datos para apoyar la operación de la red.
MODELO DE MADUREZ DE LA RI 17/21
A partir de julio de 2009, 53 empresas eléctricas han completado la evaluación del SGMM. Los resultados indican que la mayoría está en el comienzo de la ejecución y están centrando sus esfuerzos en uno o dos de los ocho dominios.
MODELO DE MADUREZ DE LA RI
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En opinión de los autores, el siguiente escenario es un perfil posible del estado actual al aplicar el SGMM en México.
MODELO DE MADUREZ DE LA RI
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OPORTUNIDADES
Las características deseables y elementos clave descritos reflejan las oportunidades que abre el desarrollo de la RI para:
●Desarrolladores: Sistemas de gestión de energía lado usuario/empresa (R,C&I; Control de electrodomésticos; Comunicación usuario-empresa; Submedición); Algoritmos para pronóstico de despacho y re-despacho de energías de fuente de energía intermitente; Dispositivos avanzados de control, medición, sensado y protección (FACTS, PMU’s, AMI, etc.); Sistemas de predicción y diagnóstico en línea de los activos de la RI; Sistemas y equipos de comunicaciones (diseño de red robusta, mecanismos de seguridad, tecnologías bidireccionales, última pulgada, última milla); Desarrollo de normas, especificaciones y guías específicas. Licenciamiento y transferencia de la tecnología desarrollada para su producción y comercialización por los fabricantes. Creación de empresas de alta tecnología, etc.
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● Fabricantes: Todos los desarrollos de sistemas informáticos, equipos y metodologías mencionados en el punto de “desarrolladores”, y otros más asociados con todas las características deseables y elementos clave de la red eléctrica del futuro, en este caso para México, representan oportunidades para que los fabricantes sean receptores de las tecnologías desarrolladas para su explotación comercial en el país y en otros países con necesidades similares a las nuestras.
● IES: Alineación de planes de estudio con los requerimientos de capital humano que demanden las características deseables de la red eléctrica del futuro, tomando en cuenta la evolución esperada de dicha red y los mapas de ruta que marquen el desarrollo y la disponibilidad de las tecnologías que habiliten la mencionada evolución. Formación tanto de desarrolladores como de personal que administrará, operará y le dará mantenimiento a la RI. Adicionalmente formar empresarios para fabricar y comercializar las tecnologías desarrolladas, así como ofrecer servicios asociados.
OPORTUNIDADES
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