Produção energética em pequenas ilhas

Problemáticas, desafios e soluções pertinentes em uso

Seminário sobre a Boa Governação em matéria de Energias Renováveis

30 de Junho 2015

Centro de Formação Profissional Brasil - São Tomé e Príncipe

Rayco Parra

Dto. de Energías Renovables Instituto Tecnológico de Canarias

Indice Geral

Configuraçao dos sistemas de EERR mas usuais acorde com a penetraçao na rede de distribuçao.

Estrategias para el desarrollo de EERR

Características das redes eléctricas insulares

Barreras para la implantación de las EERR en islas

Estabilidad del sistema eléctrico

El Hierro 100% renovable

Electrificaçao Rural - Vale da Custa - Leçoes aprendidas

Configuración de los sistemas de EERR en función de la penetración

Poca Penetración Renovable

• Solar home systems y pequeños sistemas aislados de la red eléctrica

• Sistemas de Electrificación Rural Aislada

• Pequeños sistemas conectados a red (Feed in Tariff)

Media Penetración Renovable

• Balance Neto

• Sistemas de autoconsumo

• Autoconsumo con almacenamiento

Alta penetración renovable

• Micro-redes interconectadas / Smart-Grids

• Sistemas de almacenamiento para estabilidad de red (Servicios complementarios)

• Gestión de la demanda

100% Renovable

• Sistemas de generación EERR sobredimensionados

• Grandes sistemas de almacenamiento para abastecimiento de la demanda

• Sistemas de almacenamiento para estabilidad de red

Configuración de los sistemas de EERR en función de la penetración

Preparing Outer Islands for Sustainable Energy Development – Maldivas

Hybrid Energy System Feasibility Stuy for Kurendhoo Island

Economic results:

Estrategias para el desarrollo de EERR

Estrategias para el desarrollo de las Energías Renovables:

PLAN ESTRATÉGICO DE DESARROLLO

- Definición de objetivos y recursos disponibles

- Evaluación de las infraestructuras existentes

- Desarrollo de un marco legal favorable

- Estudio del recurso renovable disponible

- Análisis técnico de implantación de EERR en el sistema eléctrico

•Limita la introducción de renovables

•Dificulta la seguridad y calidad del suministro

•Tamaño = estabilidad

Sistemas aislados de pequeño tamaño

•Dependencia extrema del petróleo, con alto índice de emisiones de GEI Dependencia del petróleo

•El sobrecoste de la generación convencional debido a los costes de la materia prima y su transporte

Económicamente poco competitivos

•Requiere mayor esfuerzo para asegurar el suministro

•Presión social en contra de instalaciones energéticas de gran tamaño Alta densidad de población

•Difícil equilibrio con la implantación de infraestructuras energéticas

•Disponibilidad de suelo

Alta protección ambiental del territorio

•Necesidad de mayor inversión en líneas de transporte y subestaciones Debilidad de la red de

transporte

•Necesidad de mayor inversión en redes de transporte para evitar fallos de suministro Desequilibrios entre los centros

de generación y consumo

Características de las redes insulares

Barreras para la penetración de Energías Renovables

Barreras a la penetración de la energía eólica y solar en las redes insulares

Sistema Eléctrico:

• Redes eléctricas pequeñas y

débiles

• Variabilidad del Suministro con

RES

• Grandes diferencia entre la

generación con RES y demanda

pico y valle

Ordenación del Territorio

• Salvaguardar ecosistemas frágiles

• Superficie limitada

Aspectos económicos-

administrativos

• Enquadramento legal

• Recursos financieros limitados

• Disposición de mapas de recurso

• Impactos visual y ruidos

Barreras para la penetración de Energías Renovables

Barreras a la penetración de la energía eólica y solar en las redes insulares

Sistema Eléctrico:

• Redes eléctricas pequeñas y

débiles

• Variabilidad del Suministro con

RES

• Grandes diferencia entre la

generación con RES y demanda

pico y valle

Ordenación del Territorio

• Salvaguardar ecosistemas frágiles

• Superficie limitada

Aspectos económicos-

administrativos

• Enquadramento legal

• Recursos financieros limitados

• Disposición de mapas de recurso

• Impactos visual y ruidos

Predicción eólica y solar

Almacenamiento

energético

Estudios de estabilidad

de red

Estrategia para maximizar la penetración de EERR

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

• Los estudios de ESTABILIDAD DE RED tienen por objetivo el análisis de los sistemas eléctricos en

los escenarios críticos, para la comprobación del cumplimento de la normativa y proporcionar las

garantías de seguridad necesarias.

• Cualquier modificación en la red por ampliación, incorporación de nuevos equipos o cambios de

criterios de explotación puede suponer el incumpliendo de alguno de los requisitos de seguridad.

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

Fuente: REE

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

Fuente: REE

BARRERAS A LA PENETRACIÓN DE ENERGIAS RENOVABLES

Fuente: REE

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

Fuente: REE

Los sistemas activos que participan en las redes eléctricas modernas deben proporcionar los

SERVICIOS COMPLEMENTARIOS que por escala le corresponda:

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

• Capacidad de regulación primaria y

secundaria (control de frecuencia)

• Control de tensión.

• Inercia (reserva rodante)

• Aportación de corriente de cortocircuito.

• Compensación de pérdidas en transporte

• Control de generación automático

P

f fn f4 f1 f2

P1

P2

f3

P3

A medida que aumentan las renovables

en los sistemas eléctricos insulares, se

hace necesario que también estas

participen en la regulación y gestión de

los sistemas, dentro de sus

limitaciones.

GARANTIZAR LA

CALIDAD DEL

SUMINISTRO

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

Pérdida de

generación

50 Hz

49,5 Hz

1s 2s

Regulación primaria

10s 20s

Regulación secundaria

FR

EC

UE

NC

IA

Contribución de la generación eólica a la estabilidad de la

frecuencia (FUTURO):

•Respuesta inercial (almacenamiento energético)

•Regulación primaria (control de paso de pala)

Potencia suministrada de la reserva inercial del sistema por la disminución de frecuencia

Incremento de generación y recuperación de frecuencia por la regulación primaria

1

1

2

2

3 4

3

4

Estabilización de la frecuencia con el error de reg. permanente de la regulación primaria

Incremento de generación y recuperación definitiva debida a la regulación secundaria

Respuesta inercial

Capacidad de regulación primaria y secundaria

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

P

f fn f4 f1 f2

P1

P2

f3

P3

P

30%

60%

100%

Aportación de Potencia Reactiva al Sistema

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

Energía Eólica

Cos f

Capacidad de Generación

de Potencia Reactiva

1

0,2

Qaerogenerador (p.u.)

Paerogenerador

(p.u.)

Qmáx. gen. Qmáx. cons.

Característica

mejorada con

STATCOM

Operación segura y eficiente del sistema

V

5

Ppérdidas

Ok!

SG

Red

Eléctrica

Control

Inercia

Sintétic

a

50,5

50,0

49,5

49,0

48,5

48,0

f (Hz)

P (MW)

1,

6 1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Tiempo (s)

Potencia generada

Potencia disponible

50,0

49,5

49,0

48,5

Tiempo (s)

Con Inercia Sintética

Sin Inercia Sintética

10 20 30

f (Hz)

48,0

Mejor Evolución de la

frecuencia gracias a

la Inercia Sintética

Aportación Inercia al Sistema

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

1. Refuerzo, remodelación en la infraestructura eléctrica existente

GS

Repotenciación de Líneas Instalación de Compensadores

Estáticos

Substitución de

grupos generadores

Construcción de nuevas Líneas

2. Cambio en los esquemas de protecciones

GS

40

59P

51P

51U

51O

f Δf

Esquemas de

protecciones

en Subestaciones

eléctricas

Esquemas de

protecciones

en Centrales Eléctricas

Actuaciones en el Sistema para una Mayor Penetración Renovable

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

4. Gestión de la demanda

f f

24 h

3. Modificación de los esquemas de deslastre de Cargas

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

5. Instalación de Sistemas de Almacenamiento

G/M

G/M

Almacenamiento

Electroquímico

Centrales Hidráulicas

de Bombeo

Volantes de Inercia Supercondensadores

GARANTIZAR LA ESTABILIDAD DEL SISTEMA

6. Interconexiones

Principales ventajas de las interconexiones:

- Mayor seguridad y continuidad del suministro eléctrico

- Explotación más eficiente y económica del sistema.

- Mayor integración de Energías Renovables

Sistema Eléctrico A

Barra 2

Barra 3

Barra 4

Barra 5

Barra 6

Barra 7

Barra 8

Barra 9

Barra 10

Barra 11

Barra 12

Barra 13

Barra 14

C

G

G

C G

G G

G C

Barra 3

Barra 2

Barra 5

Barra 4

Barra 6

Barra 7

Barra 8

G

C G

G G

Barra 1

Sistema Eléctrico B

El Hierro: Primera Isla 100% “renovable”

278 km2

10.500 habitantes

Punta de demanda: 7 MW

Demanda: 40 GWh/año

CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO

CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO

Parque Eólico 11,5 MW

Subestación Hidroeléctrica 11,3 MW

Estación de bombeo 6 MW

Depósito superior 556.000 m3

Depósito inferior 150.000 m3

Nuevos grupos Diesel 0

Penetración de EERR 80%

CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO

CENTRAL HIDROEÓLICA DE EL HIERRO

Rural Electrification - Vale Da Custa

- 14 km de Praia

- 100 Casas

- 600 Habitantes

- 1 Escuela

- 1 Centro de Salud

- 1 Asociación

- 1 Loja

- 1 Oficina

- 1 Discoteca

Rural Electrification - Vale Da Custa

- Consumo 100 kWh/dia

- 20,16 kWp FV

- 12 kW eólica

- 100 kWh baterías

- 36 kW gerador diesel

- Contadores Dispenser

basados en EDA

- ¿Ligaçao a rede?

Rural Electrification - Vale Da Custa

Rural Electrification - Vale Da Custa

LECCIONES APRENDIDAS

- Importancia del Modelo de Gestión

- Tipología de la empresa

- Definición de derechos, deberes y responsabilidades

- Fiscalización del correcto funcionamiento

- Importancia de un Marco Regulatorio sólido

- Definición de sistemas de tarificación específicos para Electrificación Rural

- Sensibilización de la población receptora

- Formación de expertos, operarios y usuarios

- Mantenimiento de 1er Nivel

- Necesidad de personal cualificado para mantenimiento de 2º Nivel

Obrigado! Rayco Parra

rparra@itccanarias.org

Seminário sobre a Boa Governação em matéria de Energias Renováveis