Desarrollo y estrategias SG y Energias Renovables...Desarrollo y Estrategias SmartGrids Energías Renovables 19 de agosto de 2015 EPSA E.S.P. Es una empresa de servicios públicos

Desarrollo y Estrategias SmartGridsEnergías Renovables

19 de agosto de 2015

EPSA E.S.P.

Es una empresa de servicios públicos de energía eléctrica, con participación accionaria de capital privado y público, regida por el

derecho privado, generadora y operadora de la red de Trasmisión y Distribución de la mayoría de los municipios del Valle del Cauca.

Foto: Buenaventura

• 553,671 Clientes

• 14 centrales de generación con una capacidad instalada 959,5 MW

• 3.331,5 GWh de energía generada en 2014

• 7 subestaciones y 274 km de red ≥ 220 kV

• 72 subestaciones y 19.955 km de red ≤ 220 kV

7%capacidad instalada en el País

2,6%Transmisión Nacional

5%Demanda Nacional

3%Ventas Nacionales

Nuestro modelo de Sostenibilidad

Movilidad eléctrica

Apuesta regional con el Clúster de Energía

Inversión I+D+i

Inversiones realizadas por la empresa enmedición inteligente, nuevasarquitecturas, desarrollo tecnológicode subestaciones y los temasrelacionados con nuevas tecnologías,movilidad eléctrica y energíasrenovables .

Inversión en I+D+i 2013- 2014US$18 Millones

2.6 %de los ingresos de la

compañía

Análisis del Entorno

Escenario 2030

8

• Previsión de carga de Colombia

muestra un incremento anual

promedio de 3,9% (curva verde)

• Para 2030 vamos a aumentar en un

90% el 2014 la demanda nacional

• Pérdidas Técnicas (rojo y verde

abajo) muestran valores

porcentuales similares en el pasado

UPME, Electrical Load Forecast, Apr.2013

Algunos Aspectos Relevantes

• 2 millones de colombianos no tienen acceso a la electricidad

• Zonas no interconectadas (Menos de 8 horas / día) Diesel altamente contaminante

• Un kwh en sitios remotos podría costar hasta 50 centavos de dólar

• Confiabilidad en las zonas urbanas ha mejorado aunque todavía está lejos de los estándares internacionales

• Pérdidas totales siguen siendo altos (UPME cifras 18% incluyendo la no técnica)

• Elasticidad Precio Demanda es requerido

9

Fuente: Colombia Inteligente

Seguridad y CalidadReto: Mejorar la confiabilidad del servicio

MIT, “The future of the Electric Grid, 2011”

• Colombia con aprox. 46ppl / km2, deben

tener un SAIDI de 120 min

• Caso urbano SAIDI de más de 600 min.

• El reglamento penaliza la interrupción del

servicio por lo tanto "incentivos negativos“.

• Distribución se convierte en un área de

enfoque clave para SG debido a la mejora

potencial de la inversión razonable.

Competitividad Reto: Mejorar la Eficiencia Técnica del Sector Eléctrico Colombiano

MIT, “The future of the Electric Grid, 2011”

• Colombia puede tener en T & D

pérdidas técnicas de ~ 6,5%

• 1% de las pérdidas asciende a

alrededor de 30 a 60 MU $

Rcespedes et all , “From Power to Energy Systems, (2010)”

Competitividad Desafío: Reducir pico de relación media carga

• La curva de carga muestra un

comportamiento más plano en los últimos

años

• Pico de relación promedio es todavía

alrededor de 1,4%

• Las proyecciones para 2030 indican que

será hasta el 1,3% sólo debido a la menor

proporción residencial



Nuevas señales de Política, Normativa y Regulación


• Matriz energética de Colombia en el largo plazo : encontrar la combinación más

adecuada de acuerdo a los recursos disponibles y las necesidades de la demanda

• Exigir la participación : los usuarios regulados no tienen participación, sin embargo la

información de uso podría ayudar a mejorar la eficiencia en el uso final

• Respuesta a la demanda : la participación en el equilibrio de la rejilla que reduce la

necesidad de reservas on-line y también la capacidad de generación

• La movilidad eléctrica : la masa y el transporte privado utilizando energía limpia

disponible (70% hidro)

Código de Medida, Ley de Renovables 1715, Plan Ener gético Nacional

El Plan Energético Nacional – PENCinco objetivos específicos y dos transversales

Ideas para una política energética de largo plazo Cinco objetivos específicos focalizados en:

34

5

I

II

Plan Energético Nacional o Ideario Energético 2050, se plantean los lineamientos con los que se busca alcanzar el objetivo principal propuesto:

Dos objetivos transversales: necesarios para contar con la

1

1. La oferta energética.2. La demanda.

3. La universalización.

4.Las interconexiones

5.La generación de valor alrededor del sector energético.

I. Información, conocimiento y recurso humano

II. Armonizar el marco institucional

2

Fuente: UPME.

Conceptualización SmartGrid

“Una red inteligente genera y distribuye electricidad de una forma mas efectiva, económica, segura y en forma sostenible. La entidad considera la Smart Grid un medio para un futuro más sostenible”

Source: The Energy Policy Initiatives Center, University of San Diego School of Law

Smart Grid un medio para un futuro más sostenible

Nuclear

Evolución en la cadena de valor de Energía

Hidroeléctrica

Carbón / Gas NaturalUTILIDAD

Usuario

Usuario

Usuario

Usuario

Flujo periódico de la información

TRADICIONAL

UTILIDAD

TRANSFORMADA

NuclearHidroeléctrica

Carbón / Gas Natural

Solar

Energía Almacenada

Eólica

Solar

Solar Energía Almacenada

Eólica

Energía Almacenada

Eólica

Flujo de energía

Fuente: 2012- IBM Enegy & Utilities

Flujos bidireccionales de la información

…………………………..

Barreras Internacionales – Redes Emergentes

Fuente: 2012- ESTA International

Desafíos Internacionales – Redes Emergentes

Fuente: 2012- ESTA International

Respuesta de Demanda

Fuente: 2012 Comverge

Fuente: 2013 – Emeter a Siemens business– www.emeter.com/ – California

Demanda de Energía - Consumidores Activos

Elasticidad de la demanda y el precio

Los consumidores al igual que la red están evolucionando en forma inteligente y quieren ser un actor importante de la cadena (respuesta a la deman da) lo cual significa un gran desafío en

el desarrollo mercados y de las inversiones futuras.

Rec. Solar en ColombiakWh/m2/UPME/IDEAM

Rec. Eólico en ColombiaEstimación de la densidad de Energía

50m - W/m2 UPME-IDEAM 2006

Áreas PotencialesCultivo de Palma Africana

Áreas PotencialesCultivo de caña de Azúcar

Fuente: Luis Fernando Lopez- Participación del consumidor en la Sostenibilidad Energética /UPME.

Potenciales Energéticos y Proyección Demanda

Oportunidades de crecimiento de los negocios de energía con nuevas soluciones y nuevas

tecnologías


Desarrollo SmartGrids de EPSA

Proyectos de InnovaciónProyectos de Innovación

Estrategia de Desarrollo de la Compañía

EPSA Actual

2021

EPSA Futura

Mejora continuaMejora continua2013

Smart Grid Compass

SmartOrgani Zation

Smart Network

Operations

Smart Customer

Service

Smart Asset and

Work Management

Smart Energy

Dimensiones Compass:

� Objetivos de negocio

� Capacidades de Procesos de Negocio

� Tecnologías

� Correlación con 5 niveles de excelencia.

� Programa para crear valor de negocio.

Fuente Siemens

Mejor eficiencia y Capacidades de la Organización

Oficina de gestión del proyectos -PMO

Plan de implementación

Monitoreo KPIs

AR

QU

ITE

CT

UR

A E

MP

RE

SA

RIA

L

Fuente : May/June 2014 | Renewable Energy Focus

Fuente gartner 2013

Arquitectura Empresarial

Generation

Transmission

Distribution

CustomerDER Domains Process

Field

Station

Operation

Enterprise

Market

Zones

Protocols

Protocols

Data Model

Data Model

Sub Funciones

- Business Objetives- Politics- Regulatory- FrameWork

Business Layer

Function Layer

Information Layer

Communications Layer

Component Layer

Interoperabilidad

Primeros Proyectos de SmartGrid

GENERACIÓN- Actualización tecnológica de los sistemas de regulación de tensión y velocidad en las centrales Alto, Bajo, Prado y Calima (en proceso).- Renovación de instrumentación para mejor monitoreo y mayor confiabilidad en la operación.

PROTECCIONES Y TELECONTROL- Estandarización de arquitecturas- Estandarización de norma y protocolos IEC61850- Gestión remota de protecciones y control

ARQUITECTURA DE RED- Estandarización de estructuras de red y su operación.- Calidad del servicio y producto.- Reducción en compensaciones.- Flexibilidad y confiabilidad.

MEDICIÓN - CONCEPTUALIZACIÓN AMI – SMART GRIDS - Gestión de pérdidas- Gestión remota de medidores.- Suspensión, corte y reconexión en forma remota- Gestión de la demanda – Respuesta control de la demanda

Fuente EPSA.

10,12% 9,89% 9,79% 9,71% 9,73% 9,37% 9,04%

13,32% 13,01% 13,37%

10,61% 11,01% 11,15% 10,31%

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Pérdidas de Red Pérdidas Comerciales

100% 100%

99,91%

100,10% 99,70%

99,10%

99,70%

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

42,4

27,0 24,1

20,20 17,5 15,7

29,4 25,4 25,9 23,70 21,5

18,6

2008 2009 2010 2011 2012 2013

SAIDI SAIFI

Comparativo de pérdidas comerciales Recaudo (%)

Pérdidas de red (%) SAIDI – SAIFI

0%

10%

20%

30%

40%

CE

O

CE

DE

NA

R

ES

SA

DIS

PA

C

EE

C

EM

CA

LI

CH

EC

EE

P

EN

ER

TO

LIM

A

CA

RIB

E

EM

SA

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EC

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OC

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…

EL

EC

TR

OH

UIL

A

EB

SA

CE

NS

EP

M

ED

EQ

CE

TS

A

EP

SA

EN

ER

CA

CO

DE

NS

A

Resultados Destacados de Eficiencia Operacional

Proyectos de Investigación, Desarrollo e innovación

Transporte Eléctrico Ciudad Santa Bárbara Microturbinas de rio

Energías renovables

Modernización Subestaciones

Promoción del Uso Eficiente de la Energía

Uno solo cliente reduce el consumo en 116 GWh por año, equivalente a reducir 32.060 Toneladas de emisiones de CO2, o de 4.933.800 árboles!

Smart Meter - Productos y Servicios inteligentes

TECNOLOGIAS

Automatización de facturación

Gestión de demanda

Gestión de Activos

Sistemas de información del cliente

Automatización de Distribución

Inversiones

CAPACIDADES

EV

ALU

AC

ION

SM

AR

T G

RID

RO

I

SMART

GRID

AMI

AMR

Fuente: Smart Meter corp USA.

Desarrollo de la Oferta de Valor

Portafolio de productos y servicios inteligentes• Atributos de calidad y confiabilidad extras, confort, domótica é

Inmótica, elasticidad de contratación, precio, Innovación, ecoeficiencia, productividad.

Estudios y caracterización de segmentos y de consumidores• Segmentación de los mercados objetivo • Caracterización de consumidores y hábitos de consumo

Modelos de negocio y gestión• Metodología de modelos de negocio eje. Modelo Canvas• Modelo de gestión – Metodología Intelligrid - Etom• Indicadores - KPI

Investigación, Desarrollo e Innovación –

Pilotos

Generación Fotovoltaica

Objetivo del proyecto

El proyecto se hizo con el objetivo de generar apropiación tecnológica ydesarrollo de capacidades para formular un modelo de negocio acorde con laley 1715 de 2014.

Objetivo del proyecto

Aportar a la disminución de la huella de carbono

Investigar la

tecnología

Estudiar la viabilidad

del proyecto

Invertir en eficiencia energética

Ubicación Georreferencial

Elevación Azimut latitudes longitudes

33.96° 295.45° 3.5170191° N 76.5021157° W

Fuente: PVSyst y http://www.sunearthtools.com/dp/tools/pos_sun.php?l ang=es#table

Ubicación Georreferencial

Sombreado estructural para la mañana y la tarde de un día particular del mes de enero.

Equipos implementados del SFV

Laboratorio de energía solar EPSA sede Yumbo

3 sistemas solares fotovoltaicos

294 módulos fotovoltaicos

294 soporte tipo lastre para

los módulos9 inversores

Sistema de medición

1 Sistema de adquisición de

datos

4 analizadores de red

2 estaciones meteorológica

s

1 analizador de curvas IV

Silicio Monocristalino

Equipos implementados del SFV – Módulos fotovoltaico s

Silicio Policristalino

Silicio Amorfo de capa delgada

Soporte de los módulos fotovoltaicos


Los módulos fotovoltaicos han sido instalados mediante un sistema de lastradoque no necesita de perforación en la losa del edificio.

Arreglos silicio monocristalino

Equipos implementados del SFV – Inversores

Arreglos silicio policristalino

Arreglos silicio amorfo de capa delgada


Distribución de los módulos fotovoltaicos en sitio

Tecnología Alto (m) Ancho (m)Área

modulo (m^2)

Cantidad (unidades)

Potencia por modulo

(Wp)

Área arreglo (m^2)

Eficiencia (%)

Potencia Instalada

(Wp)

Silicio Amorfo de capa delgada

1.409 1.11 0.781995 144 142 112.60728 16 20448


1.65 0.99 0.81675 78 265 58.806 15 20670

Silicio Policristalino 1.97 0.99 0.97515 72 285 76.0617 9 20520

Datos de los módulos fotovoltaicos y de su capacidad

Capacidad total instalada (kWp) 61.638


Microgeneración del 5% de la demanda del edificio

Inversores - SUNNY BOY 6000-US


Silicio Policristalino Silicio Amorfo de

capa delgada


Sistema de adquisición de

datos

*Fuente: http://www.sma-america.com/products/solarinverters/sunny-boy-5000-us-6000-us-7000-

us-8000-us.html


Inversor SUNNY BOY 6000-US

Equipos implementados del SFV – Sistema de apantallamiento

El sistema de apantallamiento de la terraza existente se reforzó, con el fin de mejorarlos índices de protección de los equipos y de la vida humana, ya que la interacción conlos sistemas fotovoltaicos es muy frecuente.

Equipos de medida

Termografías

Actualmente se toman termografías para identificar puntos calientes en losmódulos y bornes de los mismos, con el fin de establecer cual es la tendencia deocurrencia de este fenómeno y elaborar planes de acción que eviten la reducciónde la producción de energía por parte de los sistemas fotovoltaicos.

Equipos de medida

Estación meteorológica

Para identificar la correlación entre diferentes variables climáticas que afectan laproducción de los módulos fotovoltaicos, se instalaron dos estaciones meteorológicas.Una de ellas se encuentra en el laboratorio de energía solar del edifico de EPSA sedeyumbo y la otra en la Universidad Autónoma de Occidente.

Estación de EPSA sede yumbo

Estación de la UAOEstación instalada DAVIS Advantage Pro 2

Con el objetivo de establecer la afectación de los armónicos se pueden inyectar a lared debido al comportamiento no lineal de los inversores el cual esta correlacionadocon la conmutación forzada que tiene como entrada la variación de la radiación solarglobal sobre los módulos fotovoltaicos, se instalaron cuatro analizadores de red ION7650 de Schneider Electric, los cuales tienen un periodo de registro de datos cadaminuto.

Equipos de medida

Equipos de medida

Debido a que los módulos fotovoltaicos son totalmente dependientes de laradiación global incidente sobre ellos, entonces se deicidio por utilizar unanalizador de curvas IV, lo cual permite identificar si hay afectaciones sobre losmódulos fotovoltaicos o los strings formados por los mismos.

Es claro que cualquier afectación en las curvas IV pueden generar una perdidaparcial o tal de la potencia producida así como también el ciclo de vida de losmódulos.

Indicadores de resultados - comparativo teórico vs r eal de producción de energía.

Diciem

bre

(2013)

Enero

(2014)

Febrero

(2014)

Marzo

(2014)

Abril

(2014)

Mayo

(2014)

Junio

(2014)

Julio

(2014)

Agosto

(2014)

Septie

mbre

(2014)

Octubr

e

(2014)

Noviem

bre

(2014)

Diciem

bre

(2014)

Aporte de energía teórico SFV kWh/mes 6014 6409 6019 6729 6204 6144 5873 6490 6476 6294 6168 5901 6014

Aporte real SFV kWh/mes 7358 7678 6860 7401 7655 7243 6737 7812 6737 7763 6994 6953,6 7086,36

% de desviación 22 20 14 10 23 18 15 20 4 23 13 18 18

0

5

10

15

20

25

0100020003000400050006000700080009000

kWh

/me

s

Comparación de la producción de energía solar Fotovoltaica estimada y real 2014

Enero (2015) Febrero (2015) Marzo (2015) Abril (2015) Mayo (2015)

Aporte de energía teórico SFV kWh/mes 6014 6409 6019 6729 6204

Aporte real SFV kWh/mes 7155 6453 6730 5246 6718

% de desviación 19 1 12 -22 8

-30-20-100102030

0

2000

4000

6000

8000

kWh

/me

s

Comparación de la producción de energía solar Fotovoltaica estimada y real 2015

Indicadores de resultados – comparativo de la irradiancia diaria en laboratorio de energía solar

-200

0

200

400

600

800

1000

00:00 04:48 09:36 14:24 19:12 00:00 04:48

Rad

iaci

ón

W/m

2

Tiempo

Irradiancia Solar Diaria Registrada

03-feb-14

04-feb-14

05-feb-14

06-feb-14

07-feb-14

08-feb-14

09-feb-14

10-feb-14

11-feb-14

12-feb-14

13-feb-14

14-feb-14

Se puede observar que la variación del recurso solar cada día es bastantediferente aunque se sigue el mismo patrón de comportamiento, lo cual indica quelas horas de mayor aprovechamiento del recurso aunque su magnitud es indicativay no se puede especificar de manera veraz el potencial instantáneo de alguna horaespecifica.

Indicadores de resultados - Comparación de la radiación en el edifico de EPSA sede Yumbo con estaciones de CENI CAÑA para un mes particular

Comparación de la radiación solar de un mes particular de la estación del edificode EPSA sede Yumbo con otras estaciones del valle del cauca (CENICAÑA) en elmismo periodo de tiempo, se puede observar gran potencial en la región aunmayor que el del edificio de EPSA yumbo.

Indicadores de resultados - complementariedad de los recursos

Se puede observar que la velocidad del viento es complementaria de la irradiaciónsolar, por lo cual los sistemas híbridos de generación para este tipo de recursospueden aumentar el recurso global y mejorar las condiciones de producción deenergía.

Análisis y resultados de Generación Fotovoltaica

• Se puede observar que los SFVs cumplen con los parámetros de p roducción de energíaestablecidas desde el inicio y se observa que la producción e s mayor a la esperada , esto esdebido a que los diseños de SFVs se realizan bajo las condiciones mas agrestes y bajo datossuministrados por bases internacionales, las cuales no son exactas y solo muestran la tendencia deradiación solar en el país.

• Es necesario establecer mediciones de radiación solar durante mas tiempo para establecer unpatrón de comportamiento mas confiable, ya que la irradiancia afecta directamente la producción deenergía del sistema.

• Las características de las curvas IV de los módulos fotovoltaicos son similares a las hojas técnicas,sin embargo las hojas técnicas están establecidas bajo las normas STC, las c uales estánparametrizadas para condiciones demasiado particulares , este piloto permitirá obtener factoresporcentuales que permitan establecer las correcciones de los parámetros eléctricos dados en lashojas técnicas.

• El THDi tiene un impacto elevado en las horas de inicio de prod ucción de energía y las horasdel cese de dicha producción.

• En vista de una masificación inminente de la tecnología, deb e de considerarse lamasificación de los armónicos de corriente.

• El recurso eólico y el solar son complementarios, lo cual per mite visualizarlos como fuentesde energía primaria de una microred o un sistema aislado.

Reflexión de cierre

Vigilancia Tecnológica: SmartGrid – Smart City

Fuente: es.paperblog.com / es.123rf.com / www.retailstore.cl

Nuevos Retos de Smart Grids

Fuente: es.paperblog.com / es.123rf.com / www.retailstore.cl

Desafíos y oportunidades

- Competitividad y sostenibilidad de los sectores productivos.

- Estrategias de la política energética y su normatividad.

- Condiciones sociambientales para el desarrollo de la infraestructura.

- Fortalecimiento Alianzas regionales para la competitividad de cuidad región.

- Nuevos conceptos de desarrollo de redes y ciudades Inteligentes – Innovación

- Metas de cobertura y eficiencia energética- Definición y articulación de apuestas

productivas bajo un modelo de innovación regional sostenible _ Ecosistema

- Crecimiento de capacidades regionales en un sector de energía de clase mundial -Nuevos Mercados LATAM.

Sandra Ospina [email protected]

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