"Sistemas energeticos del futuro" Eon España

Sistemas Energéticos del Futuro

Generación Distribuida, Redes Inteligentes y Movilidad Eléctrica

Agosto 2011

2Sistemas Energéticos del Futuro – UIMP 10 de Agosto de 2011

1. Smart Grids. Concepto General

2. Smart Grids. Elementos y proyectos

Contador electrónico

Movilidad eléctrica

Generación Distribuida / Integración de renovables

Flexibilidad de la red. Automatización y telecontrol

Índice


Mayor relación con el cliente Nuevos productos y servicios, mayor transparencia,mejor control de la energía.

Innovación técnica Gestión de la demanda, automatización del hogar, E-movilidad/vehicle-to-grid, generación distribuida.

Política energética y regulación Legislación medioambiental, mayor peso de las fuentes renovables, generación intermitente.

Evolución del mercadoMercados europeos liberalizados, nuevos agentes, volatilidad de precios.

Nuevas necesidades del sistema eléctrico


Nuevas tecnologías que mejoran la relación con el cliente

Generación

Distribuida

Centro de

Control

Medida Inteligen

te

Vehículo Eléctrico

Gestión del

Consumo

Micro Generaci

ón

Red Inteligen

te


La política energética está modificando cómo y dónde se produce la energía Un considerable cambio en las fuentes

de generación… y en el punto de acceso

a la redconexión

Nuevas renovablesAlta Tensión

Nuevas renovablesdistribuidas

Generación depequeña escala

Proyectos encomunidades

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

2005 2010 2015 2020

BombeoEERRP.Petrolíferos

Gas NaturalNuclearCarbón

Balance Eléctrico Nacional (GWh)

Fuente: Plan de Acción Nacional de Energías Renovables


El futuro sistema energético creará nuevos desafíos para la distribución de energía

2) Aumento de la generación distribuida

Cogeneración Unidades de micro-generación próximas al

consumidor 3) Aumento de demanda eléctrica Mayor penetración de vehículos eléctricos y

bombas de calor provocarán un incremento de la demanda.

4) Participación más activa de los consumidores La domótica permitirá gestionar el consumo en los

hogares Las casas requerirán señales para reaccionar ante

eventos del sistema 5) Importancia de la reducción de CO2 en la operación de la red La reducción de las pérdidas en la red / emisiones

de CO2 será más relevante Mayor actividad en la red

1) Aumento de generación intermitente

Necesidades del consumidor

Operación eficiente

Debido principalmente a la energía eólica y solar (térmica y fotovoltaica) Retos tecnológicos

Capacidad Estabilidad Tensión Frecuencia

Monitorización Información

Minimizar pérdidas Procesos eficientes

Causa Efecto


Un nuevo sistema energético requiere redes más inteligentes

Invertir en cobreDescripción: Reforzar las redes mediante los métodos convencionalesConclusión:

•No todos los problemas de la red se resolverán mediante refuerzos

•Riesgo de costes innecesarios

Invertir en inteligenciaDescripción: Invertir en inteligencia para la red donde sea necesario para incrementar su flexibilidad

La Smart GridConclusión: • Mayor flexibilidad• Solución a futuro• Evitar sobre inversiones• Fomentar la sostenibilidad

Combinar estos pasos permitirá construir una red óptima para el futuro


Integración de energías renovables: Energía descentralizada y discontinua

Contador electrónico: Incremento de datos y capacidad de gestión consumo BT

Vehiculo eléctrico: Incremento y variación del perfil de consumo en BT.

Generación distribuida: Gestión de micro unidades ubicadas en BT/MT

El concepto Smart Grids agrupa varios procesos de cambio:

Automatización de subestaciones

Almacen.distribuido

Centro de control

Comunicación de red

Futura Smart GridRed distribución actual

MV

LV

MicroCHP

Almac.PV Smart Home

E-Car


Capacidad de gestión eficiente de grandes volúmenes de datos (DSM)

Mayor conocimiento y control de la red de BT

Incremento de la automatización de SE y elementos de maniobra.

Altas inversiones (refuerzo y flexibilidad de la red, CE)

Estos procesos provocan un cambio en la

actividad del distribuidor y su perfil de

competencias :


¿Cómo vemos en E.ON la Smart Grid?

Excelencia en la Distribución

Nueva red eléctrica

activa

Cliente energético interactivos

Generación distribuida

gestionable

Disponibilidad de

almacenamiento energético

Operación eficiente de la red

Conocimiento detallado del flujo de energía en la red

Red de distribución flexible

Clientes activos

Gestión de la demanda








Índice


El contador electrónico en E.ON España

182

325

464

589

721

49

180

357

504

633

2010 2011 2012 2013 2014

Instalados

Integrados

Plan de integración del Contador Electrónico de E.ON España(miles)

La regulación española obliga a todas las compañías distribuidoras a que antes del año 2019 todos sus contadores sean contadores electrónicos

Para ello ha establecido el siguiente calendario:

30% 50% 70% 100%

2011

2013

2016

2019

Plan de sustitución de equipos de medida

E.ON es líder en instalación de contador electrónico en España

El 30% de nuestros contadores Tipo 5

son contadores inteligentes

Junio 2004

Proyecto Piloto Torrelavega950 contadores electrónicos

Enero 2006

E.ON España sólo instala contadores electrónicos

Diciembre 2007

Plan de sustitución de equipos de medida

2011

2004

Julio 2011

Más de 180.000 contadores instalados


Contador horario combinado de activa y reactiva

Estructuras tarifarias anuales y semanales con maxímetro

Gran versatilidad tarifaria

Gestión de hasta seis tarifas, seis precios

Posibilidad de dividir el día en ocho tramos

Posibilidad de definir hasta cuatro días tipo

Capacidad de registro horario: 152 días energía horaria

Información visualizada en display

Tarifa en curso, potencia instantánea, lecturas, …

Interruptor magnetotérmico o seccionador programable como ICP

Modem PLC y puerto óptico

El contador electrónico: resumen funcional


Esquema tecnológico

GPRS

LAN

Dispositivos móviles

Área técnica

Ficheros XML

Operadores sistema

AMMS

Entrada datos

Sistema AMM

BD Medida

Work orders

Medidas

Validación de datos

Reglas de

negocio

Motor generación órdenes

Onebridge

Gestión ATR

Connect Direct

Ora

cle

Ejecutores locales

GPRS

GSM

GRPS

Gestión de datos de red

Concentrador BT

El contador deja de ser un “medidor” de energía para

convertirse en nodo de comunicaciones


Ventajas de los sistemas de telegestión BT

Telegestión

Visualización instantánea de consumos

Rápida resolución de reclamaciones

Reducciones de potencia

Ejecución instantánea de altas, bajas y cortes

Datos reales

Versatilidad en los períodos de facturación

Acceso instantáneo y universal a los datos

Minimización de errores

Telelectura

Datos de medida accesibles al cliente

Gestión eficiente


Oportunidades de los sistemas de telegestión BT

Diseño óptimo de todos los elementos red BT

Control de pérdidas y fraudes

Detección inmediata de averías

Conocimiento preciso de la red BT

Gestión técnica de red BT

Comportamiento

“smart”de la red BT

Modificación de los hábitos de consumo

Aplanamiento de la curva de demanda

Diseño de tarifas reales y adaptadas

Conocimiento a través de las curvas de carga

Perfiles de consumo

Ahorro y eficiencia energética








Índice


E-mobility evolves in stages – breakthrough from 2020 on

Test Learn Identify and solve

implementation problems

Target segment „early adopters“

Testing business models

Setup of commercial structures

Target segment fleets and

trendsetters

Establishing market structures

Realize synergies from the interface of vehicle and energy supply structure

Target segment mass market

2011 2020

E-carsEU

in Mio

1

4

6

2

3

5

Test / Pilot stage Small series Market maturity


Electric mobility is (the) future

Potentials of the battery in the future energy management

CO2 reduction goals in the transport sector

„Sustainable City“- policies(toll, environmental areas)

Daily Use Range


CO2 / km. emissions associated to E- Vehicles

* Fuente: BDEW, MITYC. Año 2009

EU-27 76 g/km

Spain 60 g/km It is possible to halve vehicle‘s Germany 94 g/km emissions

Italy 90 g/km CO2 free generation needed forPoland 170 g/km „Zero Emission Vehicles“!

France 8 g/km Virtually emission-free driving

Emissions depend on Generation mix.

Internal Combustion Engine Emissions ~ 150 g/km !!!!


21

E-Vehicle daily use

50 km

0 km0%

20%

40%

60%

80%

100%

100 km

Secondary car

Source: DIW, McKinsey

80% max. 70 km

Main car 50% max. 40 km

Km./Day

50% journeys less than 40 km. !!!


Transport „nitches“ that will allow E-Mobility development

22

A potential over 20 Million Vehicles in Germany

• 13 Million households own a second car (GER)• Parking (Loading) Site available

Secondary CarSecondary Car

• Fixed routes and timetables• Charging options on the site

FleetsFleets

• Trips – House Work• Loading facilities at the workplace

CommuterCommuter


Integration of Renewable: Spanish case

Source: REE

E-Car Charge


Intelligent charging: Key issue for E-Mobility development

PIntegration

of Renewable

Energy

Charging Control

Network stability Smart Grid

Vehicle-to-Grid


Charging is parking – unless real fast charging becomes reality

0

30

60

90

120

150

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130Charging capacity [kW]

Ch

arg

ing

tim

e [

min

]

Household charges (~ 3 kW)

Three-phase current charge

(~ 10 kW)Improved charging

infrastructure ~ 40 kW

fast charge 3-4min /40km


Customer charging patterns will steer grid integrationstochastic charging controlled

charging

energy storage use

(V2G)

Effect on grid increase of existing

peaks if done simultaneously in large amounts in morning / mid-day / evening

Examples pre-conditioning free charging offers

on parking grounds of supermarkets, cinemas, restaurants, fitness centers, etc.

Effect on grid Evening out of load

curve: use of high wind feed-in during low-load times (e.g. in the night) or interruption of charging process during short-term peak

Examples long time parking as

charging at home, in parking garages, at workplace, etc.: incentives via time-based tariff structure, etc.

Effect on grid Evening out imbalances in the grid: use of

battery as energy storage during low/high peak times

Examples long time parking as at home, in parking

garages, at workplace, etc.: incentives via energy management benefits e.g. in smart homes


What will be the impact on power systems?Impact on electricity consumption by electric vehicles (Germany)

2020

Market penetratio

n

Full electrificatio

n# E-Vehicles 1 Mio. 8,5 Mio. 41,7 Mio. % Total Vehicles 2,4% 20,4% 100%Km / Vehicle / Yr. 11.500 11.500 15.000Consumption / 100 km. 20 kWh 20 kWh 20 kWh

Total Consumption2,3

TWh 19,5 TWh 125 TWhImpact on Power System Consumption 0,42% 3,6% 23,1%

1 Million of E-Vehicles only have a 0.5% impact in Power Demand (Germany)

*German Net Demand in 2008: 539 TWh








Índice


La integración de las renovables en la red de E.ON España

CANTABRIA

LUGO

Luarca - ASTURIAS

Mieres - ASTURIAS

PALENCIABURGOS

Coordinación con el desarrollo de la red transporte

Colaboración con las autoridades locales y autonómicas y con los promotores para el desarrollo de los planes eólicos

Manteniendo los máximos estándares de calidad de suministro

5.3105.975

2.482

4.985

2.057

745

2004 2010Enerdía distribuida B.C.Producción REEnergía neta importada en fronteras T&D

Potencia R.E. en red E.ON (MW)2000 2010

ASTURIAS 89 320GALICIA 134 1.233CyL 9 159CANTABRIA 269 424TOTAL 501 2.136

(GWh)


Small generators control needed (LV control room)

Renewable generation Control Room

Reactive power dynamic control

Better generation forecasts systems needed

Automatic curtailment schemes

Better information for network operation needed

Improve protection systems

Higher coordination / resources needed to meet new connection requirements

Voltage control issues

Intermittent renewables deployment level

Impacts/Needs on DSO networks

Renewables are here now and not

something that will happen in the future

Integrating renewables is the

main network development driver

Sweden

UK

Spain

Renewables are not a big issue. Massive

deployment will be realized in the future

Low renewable capacity / peak demand ratio

Existing infrastructure is

enough to export energy

REN Capacity / peak demand ratio quickly

increasing

New infrastructure needed to export

energy

Local REN Capacity / peak demand ratio > 1

Exporting energy has drastically modified

infrastructure

Upcoming increase in wind power needs control systems at

MV-levelCE

Impactos de las renovables en la red de distribución


G

220 kV

132 kV

Parque eólico

Consumo distribución

Ejemplo del impacto sobre la red de la generación eólica

17 MW

0 MW G

MATAPORQUERA

MAZUELAS

OSORNO

Red de Transporte

20 MW

12 MW

18 MW

50 MW

13 MW

137.3 KV

137.9 KV

134.5 KV

12 MW90 MW

G

MAZUELAS

Red de Transporte

18 MW

20 MW

37 MW

23 MW

40 MWMATAPORQUERA

138.7 KV

139.0 KV

OSORNO136.2 KV

Flujo de potencia por el transformador y las líneas desde el acceso a la red de transporte hacia las subestaciones de distribución (consumos)

Flujo de potencia por el transformador y las líneas desde el acceso a la red de transporte hacia las subestaciones de distribución (consumos)

Inversión de flujos de potencia por el transformador y las líneas hacia el acceso a la red de transporte

Inversión de flujos de potencia por el transformador y las líneas hacia el acceso a la red de transporte

Generación eólica parada:Inyección de potencia desde la red

de transporte

Generación eólica produciendo:

Evacuación de potencia hacia la red de transporte

Variaciones de tensión en las subestaciones de distribución (+1.25% aprox.)

Variaciones de tensión en las subestaciones de distribución (+1.25% aprox.)


Herramientas que favorecerán la integración de renovables

Individual solution for Regional Units due to particular characteristics

AVC at MV/LV Stations

Present Near Future Far future

AVC at MV or LV branches

AVC at customer connections

Reactive power compensation

Incentive / Penalty system

Generator’s reactive power control system steered by DSO

Generators at cos phi=1. Reactive power control by DSO

Storage

Dynamic Line Rating

Load Management

Multi-party agreement

Individual answer

Organized by independent third party

Appropriate or desirable solution for almost all Regional Units

Tool / technology

Impact on NetworkVoltage control

Reactive power control

Overload

Connection request


Tecnologías de micro-generación: proyectos del grupo E.ON

Incrementando la producción en casa: micro - cogeneración

Impacto en la red de distribución: “Grid of Tomorrow”

Eficiencia energética: Bombas de calor con almacenamiento

Colaboración con los principales fabricacantes de unidades de micro – cogeneración (Whisper Tech, Energetix Group, Ceramic Fuel Cells)

Callux: Mayor entorno de pruebas de unidades de micro – cogeneración con pila de combustible de Alemania (800 hogares)

En 2010 E.ON Bayern lanzó un proyecto de 2 años para estudiar el impacto de la generación distribuida en la red de generación

Medida inteligente en consumidores ; 100 subestaciones monitorizadas

Pilotos en Alemania y Reino Unido para estudiar Técnicas de instalación Hábitos de uso Relación rendimiento / clima


Malmö (Suecia) - ciudad sostenible

Reforma de la zona industrial para convertirla en un green field suministrado con energía renovable local al 100%

“Västra Hamnen” (El Puerto Oeste) supone un referente mundial en el desarrollourbano innovador y sostenible

Solución energética basada en bombasde calor con almacenamiento temporal

Integración de una combinación degeneración de pequeña escala ymicro-generación

Transporte público alimentado por biogás generado a partir de residuos locales.








Índice


Automatización y Telecontrol

Objetivos de automatización de la red de MT 2010

Evolución del telemando de la red de E.ON España

Líneas malladas: Telecontrol del punto de primera maniobra y del punto frontera.

Líneas radiales: Telecontrol del punto de primera maniobra

Centros de Distribución: Telecontrol de todos los urbanos de nueva construcción

Subestaciones Año 2000 Año 2010Número total de SEs 86 104Número de SEs con telemando 74 104% de SEs con telemando 86% 100%

Red de media tensión Año 2000 Año 2010Número total de líneas 538 623Kilómetros de línea 9.897 10.014Número de puntos con telemando 370 1.497Nº puntos telemando / línea 0,7 2,4Nº puntos telemando / 100 Km línea 3,7 14,9

Interruptor aéreo telemandado.Esquema eléctrico unifilar


Automatización y Telecontrol: ejemplo línea mallada

SUBESTACIÓN A

PSA PSB

PM PF

TCTC TC

PM

SUBESTACIÓN B

PF – Punto frontera

PM – Punto primera maniobra

PSA – Punto segunda maniobra A

PSB – Punto segunda maniobra B

TC Telecontrol

Interruptor

Seccionador

Centro transformación


Automatización y Telecontrol: ejemplo línea radial

PM – Punto primera maniobra

PSA – Punto segunda maniobra A

PSB – Punto segunda maniobra B

TC Telecontrol

Interruptor

Seccionador

Centro transformación

SUBESTACIÓN

PSA

PSB

PM

TC


Dynamic line rating: ampliación de la capacidad de la red sin necesidad de refuerzoLa integración de nuevos desarrollos eólicos offshore causaba congestiones de red en el área de Skegness y Boston (Reino Unido).

Solución “smart” Equipo de monitorización del clima Análisis de las líneas en tiempo real Novedoso software que permite: – Control activo de la evacuación – Medida de carga en tiempo real – Análisis dinámico de circuito

Resultado “smart” Incremento de la capacidad de conexión:

– existente: 226MW– adicional: ~ 90MW

Coste aproximado 10% - 15% vs. Refuerzo de la red Permitiendo un incremento de la potencia renovable integrada en la infraestructura de red existente


Realizing the Smart Grid Vision

Costumers are changing how they use energy– e.g. E-mobility, home generation and energy management

Energy sources are changing – integration of more renewable sources in the energy network New grid

technology– embedded in the energy system

Automation & Integration– the advanced energy system integrates sustainable energy seamlessly and conveniently into everyday life

2030

Muchas gracias

"Sistemas energeticos del futuro" Eon España

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