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Casos de estudio: la industria chilena como proveedora de flexibilidad para el sistema eléctrico
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Casos de estudio: la industria chilena como
proveedora de flexibilidad para el sistema
eléctrico
Agenda
1. Respuesta de la demanda como
proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
2. Generación de perfiles de
consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la
demanda las de industrias
3. Cogeneración y respuesta de la
demanda como llaves para la
integración de altos niveles de
energías renovables en el Sistema
eléctrico Chileno
1. Respuesta de la demanda como
proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Para mayor información:
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
• Cual es la dimensión de sistemas híbridos (fotovoltaico, eólico yalmacenamiento) necesario para proveer una cantidad estable de energía(1 MWh) en todo momento a lo largo del territorio nacional?
• Que contribución puede hacer la respuesta de demanda para disminuir la capacidad instalada necesaria?
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
El Modelo
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Los datos
• ERA5 tiene una resolución especial de 31 km * 31 km
• Y una resolución temporal de 1 hora
• Disponible desde 1950 (para el modelo usamos 2008-2017)
http://photos.prnewswire.com/prnh/20161102/435665
ERA5 Variables
Wind velocity in u direction at ten meters height (10u)
Wind velocity in v direction at ten meters height (10v)
Surface shortwave radiation downwards (ssrd)
Ambient temperature at two meters height (2t)
𝑝𝑣𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡𝑡,𝑎(𝑮) = 𝑮 ∗ 𝜼𝑷𝑽 ∗ [𝟏 + 𝜶𝑷𝑴𝑷𝑷((𝑻𝑡𝒂𝒎𝒃 + 𝒌𝑻𝑮/𝑨) − 𝑻𝟎)]
𝐺 = GHI from ERA5 data [W/m2]
𝜂𝑃𝑉 = photovoltaic panel efficiency
𝛼𝑃𝑀𝑃𝑃 = temperature correction factor
𝑇𝑡𝑎𝑚𝑏 = ambient air temperature from ERA5 data [°C]
𝑘𝑇 = reduction factor due to installation type
𝐴 = PV plant area [m2]
𝑇0 = nominal operating temperature
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Generación fotovoltaica
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Generación eólica
Manufacturer ModelHeight
[m]
Capacity
[kW]
Schachner SW 10 10 10
winDual A1 K 5,5 1
winDual A1 K 8,2 1
Windspot 7.5Kw 12 7,5
Windspot 7.5Kw 14 7,5
MAN Aeroman 11/11 10 11
ecotècnica ECO 12/30 14 30
Hummer H8.16-10KW 10 10
Synthetic Synthetic 10 10.5
0
5
10
15
20
25
30
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
ou
tpu
t [k
W]
wind speed [m/s]
Schachner SW10 winDual A1 K Windspot 7.5Kw
MAN Aeroman 11/11 ecoècnica ECO 12/30 Hummer H8.16-10KW
MW Hummer Schachner MANEspecificaciones de turbinas consideradas para el modelo de turbina sintético para la evaluación de recursos. La línea punteada en rojo oscuro es la curva definitiva.
𝑂𝑢𝑡𝑤,𝑡 =𝑝ℎ𝑖,𝑡 − 𝑝𝑙𝑜,𝑡 ∗ 𝑠𝑡 + 𝑠ℎ𝑖,𝑡 ∗ 𝑝𝑙𝑜,𝑡 − 𝑠𝑙𝑜,𝑡 ∗ 𝑝ℎ𝑖,𝑡
𝑠ℎ𝑖,𝑡 − 𝑠𝑙𝑜,𝑡
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
El modelo de optimización para dimensionar el sistema
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Parámetros
Parámetro Valor asumido
PV total installation cost [𝒑𝒗𝑪𝒐𝒔𝒕] 1,200 [EUR/kWp]
PV panel efficiency [𝜂𝑃𝑉] 21%
Temperature correction factor [𝛼𝑃𝑀𝑃𝑃] -0.0045 [%/°C]
Reduction factor due to installation type [𝑘𝑇] 0.035 [°C /(W/m2)]
Nominal operating temperature [𝑇0 ] 25 [°C]
Wind turbine total installation cost [𝒘𝒊𝒏𝒅𝑪𝒐𝒔𝒕] 56,000 [EUR/10.5 kW]
Electric energy storage [𝒆𝒔𝑪𝒐𝒔𝒕] 1,000 [EUR/kWh]
Storage system (round trip) efficiency 75%
Hourly self-discharge ration of the storage
[𝒆𝑺𝒕𝒐𝒓𝑫𝒊𝒔𝒄𝒉𝒂𝒓𝒈𝒆]0.01%
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Resultados considerando la serie de tiempo 2008-2017
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Y que pasa si no se consideran los casos extremos?Y si se hace respuesta de la demanda?
El modelo de optimización se modifica para que haya 20% de respuestade la demanda en cada dirección pero la demanda diaria total semantenga igual. Además se hacen escenarios con un año con pocosextremos climáticos.
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Resultados con un solo año de datos y con respuesta de la demanda
Resultados mixtos, las combinaciones optimas de tecnología cambian dependiendo de la locación pero en general los costos totales son menores.
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Resultados con un solo año de datos y con respuesta de la demanda
Respuesta de la demanda como proveedor de flexibilidad para
generación en sitio 100% renovable
Resultados – modificaciones necesarias de los perfiles de demanda
2. Generación de perfiles de consumo
para la evaluación de potencial de
respuesta de la demanda de las
industrias
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
La falta de conocimiento por parte de los clientes de su consumo de energía es una delas principales barreras para la gestión de la demanda en la pequeña y medianaindustria (Richard, 2017)
Objetivos:
• Desarrollo de un método para el cálculo de la capacidad de producción no utilizada en el pasado
• Generación de perfiles de carga del consumidor
• Cálculo de potencial de flexibilidad para responder a la demanda
Metodología
Detección y eliminación de
datos incorrectos
Análisis de ciclosFormación de grupos
Generación de Centroides
Selección de algoritmo de agrupamiento
Generación de perfiles
Cálculo del potencial horario
de flexibilidad
Cálculo de indicadores de validez interna
2
1
3
4
5
Colección y procesamiento de datos
Pre-agrupamiento
Agrupamiento
Validación
Cálculo de Potencial
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
Industria Tamaño CHP Periodos Frecuencia
Papel Mediano Si 2016 - 2017 Horaria
Papel Pequeño Si 2016-2017 Bihoraria
Agroalimentaria Pequeño No 2017 Horaria
Datos recogidos en las diferentes industrias
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
Datos de empresa del sector papelero (una empresa, un año) - normalizados
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
Análisis de ciclos:
MensualSemanalDiarioHorario
Coeficiente de determinación:
Abril R² = 0.620
Mayo R² = 0.719
Junio R² = 0.497
Julio R² = 0.352
Agosto R² = 0.495
Septiembre R² = 0.396
Clusters generados a partir de técnicas de regresión lineal
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
Clustering
Particionamiento
PAM
Euclidean
DTW
K-shape
DTW
DBA
DTW
Jerárquico
Single
Euclidean
DTW
Sbd
Average
Euclidean
DTW
Sbd
Complete
Euclidean
DTW
Sbd
Ward
Euclidean
DTW
Sbd
Centroid
Euclidean
DTW
Sbd
Median
Euclidean
DTW
Sbd
Métodos de agrupamiento (clustering) usados
Alexis Sarda-Espinosa (2019); Paparrizos and Gravano 2015; Petitjean, Ketterlin and Gancarski (2011)
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
Disstancia Sil Dunn COP DB CH SF
Euclidean 8 4 15 3 15 15
Dtw 3 15 15 3 3 3
Dtw 3 11 15 3 3 3
Sbd 3 9 15 3 3 3
Distancia Sil Dunn COP DB CH SF
Euclidean 3 3 15 3 3 5
Dtw 3 5 15 3 3 5
Sbd 3 3 15 4 3 7
Resultados de k-medoids con distancia euclidiana Resultado de agrupamiento basado en particionamiento
Resultados de agrupamiento basado en jerarquía
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
Resultados del clustering
Perfil de demanda: industria agroalimentariaResultado para k-medoids con distancia euclidiana
Cálculo de potencial diario
Distribución anual
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
Perfil de demanda: industria papelDistribución anualCálculo de potencial diario – Industria papel tamaño pequeño
Cálculo de potencial diario – Industria papel tamaño mediano
Generación de perfiles de consumo para la evaluación de
potencial de respuesta de la demanda de las industrias
3. Cogeneración y respuesta de la
demanda como llaves para la
integración de altos niveles de
energías renovables en el Sistema
eléctrico Chileno
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
• Empresa con perfil sintético normalizado y con requerimiento de potencia máximo de 10 MW
• La empresa está conectada a la red y paga 125 EUR por MWh• tiene un CHP de 5MWe • El CHP se usa para cubrir la demanda de vapor y es flexible para producir
electricidad con un costo adicional de 124 EUR por MWh• El resto del sistema tiene las propiedades explicadas en la primera parte de la
presentación-> Posibilidad de integrar energía fotovoltaica, eólica, sistemas de almacenamiento y respuesta de la demanda.
• La respuesta de la demanda está limitada a -20% por hora y una demanda máxima de 10 MW. La demanda diaria total es igual es la misma que en el perfil sintético.
• Horizonte de planeación de 20 años y los costos de financiamiento no están considerados
Definición de caso y supuestos
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad únicamente de la red
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red y del CHP en el verano
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red y del CHP en el invierno
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red y del CHP en el verano
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red y del CHP en el invierno
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Casos de estudio
• Para la integración de renovables la ubicación es una variable clave
• Se llevaron a cabo casos de estudio en el norte y la región de biobio
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP y renovables (Norte)
- generación renovable óptima
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP y renovables (Norte) - invierno
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP y renovables (Norte) - verano
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP y renovables (Norte) - invierno
Requerimientos de potencia contratada se reducen de 10 MW a menos de 4 MW
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP y renovables (Norte) - verano
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP, renovables y RD (Norte)
- generación renovable óptima
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP, renovables y RD (Norte) - Invierno
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP, renovables y RD (Norte) - Verano
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP, renovables y RD (Norte) - Invierno
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP, renovables y RD (Norte) - Verano
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Electricidad de la red, del CHP, renovables y RD (Norte) - Verano
Norte Region de BioBio
RES con DSM RES sin DSMRES con DSM RES sin DSM
PV (MWp) 16,90 14 14,2 10,5
Eólica (MW) 5,2 5 6,7 7,5
Total PV para uso directo 27275 21273 21240 14578 MWh
Total PV sobreproducción 3583 4417 1331 2204 MWh
Total eólico para uso directo 14367 13712 25063 27920 MWh
Total eólico sobreproducción 3478 3585 5790 6829 MWh
Demanda total 63248 63248 63248 63248 MWh
Electricidad CHP 20299 23560 15961 17641 MWh
Costo por kWh 0,065 0,078 0,063 0,074 EUR
Porcentaje renovable 65,8 55,3 73,20 67,1 %
Cogeneración y respuesta de la demanda como llaves para la integración de
altos niveles de energías renovables en el Sistema eléctrico Chileno
Conclusiones
• Perfiles de demanda de las empresas (papeleras, procesamiento dealimentos) se prestan para una alta integración de renovables bien sea ensitio o de la red.
• La provisión de respuesta de la demanda permitiría incrementar laintegración de renovables a menor costo, mayor utilización directa ymenor sobreproducción (curtailment)
• Los impactos de adopción de CHP, respuesta de la demanda y renovablesson interdependientes y varían no solo dependiendo del tipo de procesoproductivo sino también de la posición geográfica.
• Factores adicionales todos con impacto positivo: menor potenciacontratada, menos CO2, venta de energía de excedente, mitigación deriesgos a largo plazo (choques de precios, apagones, cambios de política)
