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Red eléctrica inteligente: concepto y perspectivas

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Conferencias: Estado del arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, organizada por la Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, 13 de junio 2011, Torre de Ingeniería de la …

Conferencias: Estado del arte en Redes Inteligentes “Smart Grids”, organizada por la Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos y Electricistas, AC, 13 de junio 2011, Torre de Ingeniería de la UNAM.
En el panel se abordaron los principales aspectos que se deben considerar para planear la transformación de una red tradicional de producción y consumo de energía eléctrica a una Red Inteligente. Se presentaron y discutieron los logros alcanzados hasta el momento en este aspecto en el mundo y se describieron los retos pendientes que son motivo de investigación y desarrollo en la actualidad.


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  • 1. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y PerspectivasRed Eléctrica Inteligente:Concepto y Perspectivas Dr. Rolando Nieva Gómez 13 Junio 2011
  • 2. 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
  • 3. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas ¿Qué es una Red Eléctrica Inteligente?Es una manera genérica dereferirse a la modernización delas redes eléctricas actuales,en las que en el futuro se haráun uso más intenso de: las tecnologías de información, la infraestructura de comunicaciones, los sensores, la inteligencia artificial, No existe una definición única, nuevas técnicas de universalmente aceptada monitoreo y diagnóstico, …. entre otros elementos.
  • 4. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Motivadores del Desarrollo de RIs • Eficiencia económica y energética • Confiabilidad • Seguridad energética • Sustentabilidad • Impulso a la actividad económicaEn el mundo, se perciben diferentes matices, que seexplican por la diversidad de entornos socio-económicos,y diferencias culturales y geográficas
  • 5. 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%.
  • 6. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Impulsores: Caso de MÉXICO 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 energía o Operar en forma eficiente, confiable y segura la infraestructura energética o Proveer energéticos de calidad a precios competitivos a centros de población marginados o Proveer desarrollo tecnológico y capital humano para el sector energía1 Estrategia Nacional de Energía (2010-2024), SENER
  • 7. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas El Futuro de las Redes Eléctricas • Prevención de fallas:Factores que incidirán en el perfil monitoreo y diagnóstico, gestión de activosde las Redes Eléctricas del futuro • Mejor visión situacional y operativa en Centros de Control Sistemas y servicios de apoyo de administración Confiabilidad • Tarifas por tiempo de uso de energía en casas, • Precios en tiempo real comercios, industria, hoteles, edificios Eficiencia en consumo • Comunicación bidireccional y públicos medición por tiempo de uso Eficiencia • Contribución de demanda al Económica y Aprovechamiento de la balance de energía Energética capacidad instalada Equipos eléctricos que • Reducción de pérdidas contribuyen Eficiencia en TyD automáticamente al • Automatización de la balance producción- Calidad para era digital distribución demanda Sofisticación • Almacenamiento comunitario de usuarios de Vehículos eléctricos Microredes en casas, • Control automático de voltaje la Red Eléctrica en baja tensión comercios, industria Generación distribuida hoteles, edificios • Red de comunicaciones y en baja tensión y datos almacenamiento local • Apoyo logístico a fuerza Seguridad móvil Red Energética • Mejor visión situacional y operativa en distribución Eléctrica Integración de fuentes Inteligente Sustentabilidad renovables • Transmisión flexible ambiental • Almacenamiento de energía
  • 8. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Oportunidades Para una Red Inteligente• 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
  • 9. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Pérdidas en transmisión y distribución 18% de pérdidas en el Sistema Eléctrico Nacional • 2.24% en transmisión • 15.73% en distribución Meta1 a 2024: 8%1 Estrategia Nacional de Energía (2010-2024), SENER
  • 10. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Reducir las pérdidas de distribución T I Z - 2 2 I T Z- 2 8Soluciones tradicionales: T I Z - 2 7 X• Capacitores en circuitos VD F- V DF - 2 2 2 3 VD F- 2 3 Z UM - 2 7 TI Z- 2 8 TI Z - 2 8 TI Z- 2 8 primarios V DF - 2 5 VD F- 2 4 V DF - 2 1 V DF - 2 2 VD F- 2 2 V DF - 2 5 VD F- 2 4 V DF - 2 1 VD M - 2 1 VD M - 2 4 V DF - 2 1• Alimentadores más cortos VD F- 2 1 VDM - 2 4 VI C- 2 6• Recalibración de E C C - -2 3 X E AA 1 7 7 4 5 5 2 6 8 2 3 1 VD M - 2 1 X EC AT EPE C VD M - 2 2 V DM - 2 1 X V D M - 2 2 V DM - 2 2 V DM - 2 2 VD M - 2 2 VD M - 2 3 conductores C RG - 2 7 C RG - V DM 2 4 - 2 3 CR G - 2 4 CR G - 2 5 X CRG - 2 5 X C RG - 2 2 C RG - 2 4 C RG - 2 1 C RG - 2 2 C RG - 2 1 X C RG - 2 1 C RG - 2 1
  • 11. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Reducir las pérdidas de distribución• Balanceo dinámico de Enfoque de Redes cargas Inteligentes Transferencia automática de carga, entre alimentadores, transformadores y SOFTWARE DE ADMINISTRACIÓN DE DATOS DE MEDICIÓN MEDIDOR DE CORRIENTE subestaciones INTRANET EN MEDIA TENSIÓN EMPRESA ELÉCTRICA• Control automático de PLC MT PLC BT voltaje SUBESTACIÓN ELÉCTRICA PLC BT CONCENTRADOR DE MEDICIONES• Medición Inteligente con IN-HOME DISPLAY concentrador Detección de ilícitos
  • 12. 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
  • 13. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Prever y reducir las fallas de equipo Enfoque de Redes Inteligentes• Monitoreo remoto de activos importantes• Inteligencia artificial aplicada al diagnóstico• Centros de diagnóstico
  • 14. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Mejorar el aprovechamiento de la capacidad instalada Enfoque de Redes Inteligentes• Determinación en tiempo real de las capacidades de transmisión y transformación• Flexibilidad para recibir energía limpia y renovable• Gestión de activos
  • 15. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y PerspectivasFlexibilidad 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
  • 16. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y PerspectivasFlexibilidad para recibir energía limpia y renovable Enfoque de Redes • Pronóstico de corto plazo Inteligentes de energía de fuentes intermitentes NWP a escala SCADA SCADA en Geografía continental histórico tiempo real del sitio Estadísticas de NWP la velocidad Meso- del viento escalar Adaptación Pronóstico vs. Medición de generación del modelo Pronóstico vs. Eólica la Venta II en Central Medición de generación Pronósticos de 70 en Central Eólica la Venta II la velocidad NWP 70 del viento 60 Meso- 60 escalar 50 ciclado 50 Modelo de 40 potencia MWh 40 Adaptación MWh 30 Calculo del flujo del modelo 30 20 en alta Pronóstico de 20 resolución Potencia (Técnicas 10 estadísticas y de 10 Inteligencia Artificial 0 00 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 Intervalo Horario 400 500 600 700 800 Inter valo Horario PRONOSTICO (MWh) MEDICION (MWh) PRONOSTICO (MW h) MEDICION (MWh)
  • 17. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y PerspectivasFlexibilidad para recibir energía limpia y renovable Enfoque de Redes • Predespacho y Inteligentes redespacho con base en pronóstico de corto plazo de la generación intermitente • Control automático de la generación del sistema para compensar la intermitencia
  • 18. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Riesgos de operaciónCausas:• Fallas de equipos y/o Posibles consecuencias: sistemas de protección • Apagones en áreas• Inestabilidad del extensas sistema • Daños a equipos y/o• Fenómenos procesos meteorológicos • Pérdidas de vida• Error humano
  • 19. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Reducir los riesgos de operaciónSoluciones:• Mejor conciencia situacional de operadores del sistema Medición sincrofasorial de cobertura nacional Enfoque de Redes Sistemas automáticos de Inteligentes valoración continua de riesgos, y de síntesis de acciones preventivas• Alertas tempranas y sistemas de control de área amplia
  • 20. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Reducir los riesgos de operaciónSoluciones:• Inteligencia artificial aplicada a la restauración postdisturbio• Desarrollo de Enfoque de Redes competencias técnicas y Inteligentes conductuales Simuladores de entrenamiento de operadores
  • 21. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Reducir los riesgos de operaciónPara distribución: Enfoque de Redes Inteligentes• Centros de control de la distribución Gestión de la distribución (DMS) Supervisión y control de Planeación de la Gestión del Gestión de subestaciones expansión mantto. activos Integración de GIS OMS WFM información empresarial Gestión de la distribución• Inteligencia artificial aplicada a Planeación de la operación Operaciones T&D DMS EMS Normas (CIM) MDM CIS Atención a clientes Facturación Servicios al cliente la restauración postdisturbio SCADA Infraestructura de comunicaciones• Protección y seccionamiento Automatización de subestaciones de transmisión Automatización de la distribución, subestaciones y Infraestructura de medición avanzada Redes en el hogar y dispositivos automatizado de alimentadores alimentadores• Infraestructura de comunicaciones
  • 22. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Incrementar la eficiencia en el consumoPrograma Nacional para el AprovechamientoSustentable de la Energía1• Transporte automotor• Iluminación Meta2: reducir un• Equipos del hogar e inmuebles punto porcentual en la tasa de crecimiento• Cogeneración anual• Edificaciones• Motores Industriales• Bombas agrícolas 1 Diario Oficial, 27 de noviembre 2009 2 Estrategia Nacional de Energía 2010-2024, SENER
  • 23. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Incrementar la eficiencia en el consumo• Medición Inteligente Enfoque de Redes Inteligentes• Tarifas que reflejan costos de oportunidad• Programas para impulsar la Submedición Display remoto Áreas de trabajo en una industria, en un edificio de oficinas, en un comercio, etc. Respuesta de la Demanda• Sistemas de administración de energía Administración de la energía Casas, edificios, comercios e industria
  • 24. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Incrementar la eficiencia en el consumo 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 KWhAnálisis con base en datos del Sistema de Informacion Energetica
  • 25. Red Eléctrica Inteligente: Concepto y Perspectivas Incrementar la eficiencia en el consumo ¿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 oportunidadAnálisis con base en datos del Sistema de Informacion Energetica
  • 26. 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: rnieva@iie.org.mx