Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Red Eléctrica Inteligente:Concepto y Perspectivas
Dr. Rolando Nieva Gómez
13 Junio 2011
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Esquema
• ¿Qué es una red eléctrica inteligente?
• Motivadores del desarrollo de Redes Inteligentes
• Oportunidades para una Red Inteligente en México
� reducir las pérdidas de transmisión y distribución
� prever y reducir las fallas de equipo
� optimizar los programas de mantenimiento
� mejorar el aprovechamiento de la capacidad instalada
� reducir los riesgos de operación
� incrementar la eficiencia en el consumo
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
¿Qué es una Red Eléctrica Inteligente?
� No existe una definición única, universalmente aceptada
Es una manera genérica de referirse a la modernización de las redes eléctricas actuales, en las que en el futuro se hará un uso más intenso de:� las tecnologías de
información, � la infraestructura de
comunicaciones, � los sensores, � la inteligencia artificial,� nuevas técnicas de
monitoreo y diagnóstico, …. entre otros elementos.
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
• Eficiencia económica y energética
• Confiabilidad
• Seguridad energética
• Sustentabilidad
• Impulso a la actividad económica
Motivadores del Desarrollo de RIs
En el mundo, se perciben diferentes matices, que se explican por la diversidad de entornos socio-económicos, y diferencias culturales y geográficas
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Diversidad de Impulsores● Unión Europea: Cambio climático: energía limpia y renovable, eficiencia
Energética (competitividad) , independencia energética, demanda sofisticada (vehículos eléctricos, sociedad digital).
● Estados Unidos: Independencia energética, recuperación económica, modernización de infraestructura de T&D, confiabilidad y seguridad, generación renovable y distribuida, cambio climático, demanda sofisticada.
● Japón: Cambio climático, creciente integración de generación distribuida intermitente (Foto Voltaica distribuida), infraestructura de T&D automatizada pero envejeciendo.
● China: Infraestructura eléctrica en crecimiento acelerado, transmisión a largas distancias.
● India: Infraestructura eléctrica en crecimiento acelerado, pérdidas del 40%.
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Objetivos de la Estrategia Nacional de Energía1 que incidirán en el desarrollo de una Red Inteligente:
o Diversificar las fuentes de energía, incrementando la participación de tecnologías limpias
o Incrementar los niveles de eficiencia en el consumo de energíao Operar en forma eficiente, confiable y segura la infraestructura
energéticao Proveer energéticos de calidad a precios competitivos a centros de
población marginadoso Proveer desarrollo tecnológico y capital humano para el
sector energía
Impulsores: Caso de MÉXICO
1 Estrategia Nacional de Energía (2010-2024), SENER
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Confiabilidad
Eficiencia
Económica y
Energética
Seguridad
Energética
Sustentabilidad
ambiental
Sofisticación
de usuarios de
la Red Eléctrica
Eficiencia en consumo
• Tarifas por tiempo de uso
• Precios en tiempo real
• Comunicación bidireccional y medición por tiempo de uso
• Contribución de demanda al balance de energía
Eficiencia en TyD• Reducción de pérdidas
• Prevención de fallas: monitoreo y diagnóstico, gestión de activos
• Mejor visión situacional y operativa en Centros de Control
Aprovechamiento de la
capacidad instalada
Generación distribuida
en baja tensión y
almacenamiento local
Vehículos eléctricos
Calidad para era digital
Integración de fuentes
renovables
Sistemas y servicios de apoyo de administración
de energía en casas, comercios, industria,
hoteles, edificios públicos
Microredes en casas, comercios, industria
hoteles, edificios
• Automatización de la distribución
• Almacenamiento comunitario
• Control automático de voltaje en baja tensión
• Red de comunicaciones y datos
• Apoyo logístico a fuerza móvil
• Mejor visión situacional y operativa en distribución
• Transmisión flexible
• Almacenamiento de energía
Factores que incidirán en el perfil de las Redes Eléctricas del futuro
Equipos eléctricos que contribuyen
automáticamente al balance producción-
demanda
Red
Eléctrica
Inteligente
El Futuro de las Redes Eléctricas
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
• reducir las pérdidas de transmisión y distribución
• prever y reducir las fallas de equipo
• optimizar los programas de mantenimiento
• mejorar el aprovechamiento de la capacidad instalada
• reducir los riesgos de operación
• incrementar la eficiencia en el consumo
Oportunidades Para una Red Inteligente
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
18% de pérdidas en el Sistema Eléctrico Nacional
• 2.24% en transmisión
• 15.73% en distribución
Pérdidas en transmisión y distribución
Meta1 a 2024: 8%
1 Estrategia Nacional de Energía (2010-2024), SENER
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
• Capacitores en circuitos primarios
• Alimentadores más cortos
• Recalibración de conductores
Reducir las pérdidas de distribución
E C A - 2 5
E C A T E P E C
E C A - 2 4
E C A T E P E C
E C A - 2 7
E C A T E P E C
E C A - 2 6
E C A T E P E C
E C A - 2 1
E C A T E P E C
E C A - 2 3
E C A T E P E C
E C A - 2 2
E C A T E P E C
E C A - 2 8
E C A T E P E C
E C A - 2 3 X
E C A T E P E C
E C A - 2 5 X
E C A T E P E C
E C A - 2 7 X
E C A T E P E C
E C A - 2 1 X
E C A T E P E C
V D M - 2 1
C R G - 2 7
C R G - 2 2
V D M - 2 1 X
V D M - 2 2
T I Z - 2 8
T I Z - 2 2
V D F - 2 2
V I C - 2 6
T I Z - 2 7 X
V D F - 2 2
V D F - 2 1
C R G - 2 5 X
C R G - 2 4
V D M - 2 3
V D M - 2 4
V D F - 2 3
V D F - 2 1
V D M - 2 1 X
V D M - 2 2
V D M - 2 4
T I Z - 2 8
Z U M - 2 7
V D F - 2 1
V D M - 2 3
V D F - 2 5
V D F - 2 5
V D F - 2 4
V D F - 2 4
C R G - 2 4
V D M - 2 2
C R G - 2 1
C R G - 2 1
T I Z - 2 8
V D F - 2 2
C R G - 2 5 X
C R G - 2 1 X
C R G - 2 2
V D M - 2 2
C R G - 2 4
C R G - 2 1
T I Z - 2 8
V D F - 2 3
V D F - 2 1
V D M - 2 2
Soluciones tradicionales:
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
• Balanceo dinámico de cargas� Transferencia automática de
carga, entre alimentadores, transformadores y subestaciones
• Control automático de voltaje
• Medición Inteligente con concentrador� Detección de ilícitos
Enfoque de Redes Inteligentes
INTRANET
MEDIDOR DE CORRIENTE EN MEDIA TENSIÓN
SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN DE DATOS DE MEDICIÓN
SUBESTACIÓNELÉCTRICA
CONCENTRADORDE MEDICIONES
IN-HOME DISPLAY
PLC MT
PLC BT
PLC BT
EMPRESA ELÉCTRICA
Reducir las pérdidas de distribución
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Prever y reducir las fallas de equipo
• Monitoreo y diagnóstico de condición de equipos primarios de generación, transmisión y distribución
• Valoración de riesgos
• Optimización de programas de mantenimiento
� Centrado en confiabilidad
� Predicción y prevención de fallas con base en la condición del equipo
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
• Monitoreo remoto de activos importantes
• Inteligencia artificial aplicada al diagnóstico
• Centros de diagnóstico
Enfoque de Redes Inteligentes
Prever y reducir las fallas de equipo
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Mejorar el aprovechamiento de la capacidad instalada
• Determinación en tiempo real de las capacidades de transmisión y transformación
• Flexibilidad para recibir energía limpia y renovable
• Gestión de activos
Enfoque de Redes Inteligentes
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Flexibilidad para recibir energía limpia y renovable
Reto: intermitencia• Saturación de los enlaces de
transmisión
• Impacto en la regulación de la frecuencia
• Insuficiente margen de reserva de generación
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
• Pronóstico de corto plazo de energía de fuentes intermitentes
Enfoque de Redes Inteligentes
NWP aescala
continental
Geografía
del sitio
NWPMeso-escalar
NWPMeso-escalar
ciclado
SCADA
histórico
SCADA en
tiempo real
Estadísticas dela velocidad
del viento
Pronósticos de
la velocidaddel viento
Modelo depotencia
Pronóstico dePotencia (Técnicas estadísticas y de
Inteligencia Artificial
Adaptacióndel modelo
Adaptación
del modelo
Calculo del flujo en alta
resolución
NWP aescala
continental
Geografía
del sitio
NWPMeso-escalar
NWPMeso-escalar
ciclado
SCADA
histórico
SCADA en
tiempo real
Estadísticas dela velocidad
del viento
Pronósticos de
la velocidaddel viento
Modelo depotencia
Pronóstico dePotencia (Técnicas estadísticas y de
Inteligencia Artificial
Adaptacióndel modelo
Adaptación
del modelo
Calculo del flujo en alta
resolución
NWP aescala
continental
Geografía
del sitio
NWPMeso-escalar
NWPMeso-escalar
ciclado
SCADA
histórico
SCADA en
tiempo real
Estadísticas dela velocidad
del viento
Pronósticos de
la velocidaddel viento
Modelo depotencia
Pronóstico dePotencia (Técnicas estadísticas y de
Inteligencia Artificial
Adaptacióndel modelo
Adaptación
del modelo
Calculo del flujo en alta
resolución
NWP aescala
continental
Geografía
del sitio
NWPMeso-escalar
NWPMeso-escalar
ciclado
SCADA
histórico
SCADA en
tiempo real
Estadísticas dela velocidad
del viento
Pronósticos de
la velocidaddel viento
Modelo depotencia
Pronóstico dePotencia (Técnicas estadísticas y de
Inteligencia Artificial
Adaptacióndel modelo
Adaptación
del modelo
Calculo del flujo en alta
resolución
0
10
20
30
40
50
60
70
0 100 200 300 400 500 600 700 800
MWh
Intervalo Horario
Pronóstico vs. Medición de generación en Central Eólica la Venta II
PRONOSTICO (MWh) MEDICION (MWh)
0
10
20
30
40
50
60
70
0 100 200 300 400 500 600 700 800
MWh
Intervalo Horario
Pronóstico vs. Medición de generación en Central Eólica la Venta II
PRONOSTICO (MWh) MEDICION (MWh)
Flexibilidad para recibir energía limpia y renovable
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
• Predespacho y redespacho con base en pronóstico de corto plazo de la generación intermitente
• Control automático de la generación del sistema para compensar la intermitencia
Enfoque de Redes Inteligentes
Flexibilidad para recibir energía limpia y renovable
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Riesgos de operación
Causas:
• Fallas de equipos y/o sistemas de protección
• Inestabilidad del sistema
• Fenómenos meteorológicos
• Error humano
Posibles consecuencias:
• Apagones en áreas extensas
• Daños a equipos y/o procesos
• Pérdidas de vida
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Reducir los riesgos de operación
Soluciones:
• Mejor conciencia situacional de operadores del sistema
� Medición sincrofasorial de cobertura nacional
� Sistemas automáticos de valoración continua de riesgos, y de síntesis de acciones preventivas
• Alertas tempranas y sistemas de control de área amplia
Enfoque de Redes Inteligentes
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Reducir los riesgos de operación
Soluciones:
• Inteligencia artificial aplicada a la restauración postdisturbio
• Desarrollo de competencias técnicas y conductuales
� Simuladores de entrenamiento de operadores
Enfoque de Redes Inteligentes
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Reducir los riesgos de operación
Para distribución:
• Centros de control de la distribución
� Supervisión y control de subestaciones
• Inteligencia artificial aplicada a la restauración postdisturbio
• Protección y seccionamiento automatizado de alimentadores
• Infraestructura de comunicaciones
Enfoque de Redes Inteligentes
GestiGestióón de la distribucin de la distribucióón (DMS)n (DMS)
Automatización de subestaciones de
transmisión
Automatización de la distribución, subestaciones y alimentadores
Infraestructura de medición
avanzada
Redes en el hogar y
dispositivos
Integración de información empresarial
Normas(CIM)
Infraestructura de comunicaciones
Planeación de la operación
DMS EMS
SCADAOperaciones T&D
Planeación de la
expansión
Gestión del
mantto.
Gestión de activos
GIS OMS WFM
MDM CIS Atención a clientes
Facturación
Gestión de la distribución
Servicios al cliente
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Incrementar la eficiencia en el consumo
Programa Nacional para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía1
• Transporte automotor
• Iluminación
• Equipos del hogar e inmuebles
• Cogeneración
• Edificaciones
• Motores Industriales
• Bombas agrícolas1 Diario Oficial, 27 de noviembre 20092 Estrategia Nacional de Energía 2010-2024, SENER
Meta2: reducir un punto porcentual en la tasa de crecimiento anual
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Incrementar la eficiencia en el consumo
• Medición Inteligente
• Tarifas que reflejan costos de oportunidad
• Programas para impulsar la Respuesta de la Demanda
• Sistemas de administración de energía
� Casas, edificios, comercios e industria
Enfoque de Redes Inteligentes
SubmediciónDisplay remoto
Áreas de trabajo en una industria, en un edificio de
oficinas, en un comercio, etc.
Administración de la energía
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
Pero, ¿cómo respondería la demanda en un esquema de Redes Inteligentes?
• 26 millones de usuarios residenciales (77.4%): consumo promedio mensual menor a 250 KWh
• 3.4 millones de usuarios en tarifa general (10%): consumo promedio mensual menor a 300 KWh
Análisis con base en datos del Sistema de Informacion Energetica
Incrementar la eficiencia en el consumo
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
¿Habría respuesta del segmento de alto consumo?
• 3.7 millones de usuarios residenciales (10.9%): consumo promedio mensual mayor a 250 KWh
• 21,000 usuarios en tarifa general (0.06%) con demanda mayor a 25 KW
Necesario evaluar la relación beneficio/costo de programas de Respuesta de la Demanda centrados en el uso de medidores inteligentes y tarifas que reflejen costos de oportunidad
Análisis con base en datos del Sistema de Informacion Energetica
Incrementar la eficiencia en el consumo
Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas
¡Gracias por su atención!
Dr. Rolando Nieva Gómez
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Calle Reforma N° 113 Col. Palmira
62490 Cuernavaca, Morelos, México
E-mail: [email protected]
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