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VISIÓN DE LA PLANEACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN COLOMBIA
SEMINARIO PLANEACIÓN DE SISTEMAS FLEXIBLES DE ENERGÍA
XM
MEDELLÍN 12 de diciembre de 2012
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
2
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
3
PROCESO ACTUAL
Fase 1
Planeamiento:
Elaboración Plan de Expansión
Fase 2
Preparación Convocatoria:
Pliegos y garantías
Fase 4
Ejecución del Proyecto
Fase 3
Selección Inversionista
4
PROCESO ACTUAL
Fase Planeamiento
Inicio Elaboración
Plan de Expansión
Versión Preliminar
Análisis
Ajustes y versión final
Adopción del MME
Procesar Información de
arranque
Comentarios CAPT
(Comité Asesor) Comentarios Agentes
Concepto CAPT
(Comité Asesor)
Comentarios MME
PLAN DE TRANSMISIÓN PLAN DE GENERACIÓN
Definir Red objetivo (15 años)
Analizar Mediano y Corto Plazo
Establecer las señales de
expansión a STRs
Despachos base
Analizar disponibilidad de recursos
Analizar necesidades solo con
Expansión definida: Cargo x Conf.
Analizar escenarios de expansión
Definir los Proyectos STN Determinar expansión adicional
Incorporar Proyecciones
de Demanda
Convenciones:
--- Línea azul: UPME
--- Línea naranja: Agentes
--- Línea morada: MME
--- Línea verde: CREG
1
5
EVALUACIÓN Y BENEFICIOS
6
CRITERIOS DEL PLAN
a) Flexible en el mediano y largo plazo,
de tal forma que se adapte a los
cambios que determinen las
condiciones técnicas, económicas,
financieras y ambientales
b) Debe cumplir con los requerimientos de
calidad, confiabilidad y seguridad vigentes
a la fecha de su elaboración.
c) Los proyectos propuestos deben ser
técnica, económica y ambientalmente
viables. La viabilidad ambiental será
aprobada por las autoridades
competentes.
d) La demanda debe ser satisfecha
atendiendo a criterios de uso eficiente de
los recursos energéticos
e) Debe propender por la minimización de
los costos de inversión, los operativos y
de las pérdidas del Sistema
BENEFICIOS DE LAS OBRAS
Confiabilidad eléctrica: Agotamiento de
la red y respuesta ante eventos.
Confiabilidad energética: Conexión de
generadores con Obligaciones de Energía
Firme (OEF)
Reducción de los costos operativos:
Eliminación o reducción de restricciones
PROCESO ACTUAL
Fase Preparación Convocatoria
Adopción del MME
Plan de Transmisión (Obligatorio):
Obras de trasmisión: convocatoria.
Señales expansión STR.
Plan de Generación (indicativo):
Necesidades de expansión de LP
Recursos y tecnologías
Costos marginales
Preparación
Convocatoria
Comentarios MME
Convocatoria
STR (*)
Elaboración de
Pliegos (DSI)
Inicio Convocatoria
Publicación Pliegos
¿Tipo de
Obra?
STN+STR
No ¿OR
interesado?
Constitución de
Garantía
Si
Convenciones:
--- Línea azul: UPME
--- Línea naranja: Agentes
--- Línea morada: MME
--- Línea verde: CREG
1
2
3
STN+Gen.
STN
7
Restricciones
físicas y
ambientales
Consultas, respuestas
y Adendas
Proceso Interventor
Inicio Convocatoria
Publicación Pliegos
Selección Interventor
(Se informa el costo $)
Consultas, respuestas y
Adendas
Proceso Inversionista
Selección Inversionista
(Menor oferta)
Concepto UPME
cumplimiento de requisitos
Resolución CREG oficializa
Ingresos (IAE)
Inicio Ejecución
Requisitos previos a la
oficialización de ingresos
PROCESO ACTUAL
Fase Selección Inversionista
Convenciones:
--- Línea azul: UPME
--- Línea naranja: Agentes
--- Línea morada: MME
--- Línea verde: CREG
3
4 8
Diseños de detalle
Inicio Ejecución
Adquisición de
suministros
Licenciamiento
ambiental
Construcción y montaje
Puesta en servicio
Pruebas
PROCESO ACTUAL
Fase Ejecución
Convenciones:
--- Línea azul: UPME
--- Línea naranja: Agentes
--- Línea morada: MME
--- Línea verde: CREG
4
Permisos
9
Proyección Largo Plazo
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
20
05
20
06
20
07
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08
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10
20
11
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20
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15
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16
20
17
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20
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20
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20
26
20
27
20
28
20
29
20
30
20
31
GW
h -
añ
o
Esc Alto Esc. Medio Esc Bajo
Entre los años 2012 y 2020 se espera una tasa media anual de crecimiento de 3.8%, y en el
periodo 2021 a 2031 de 3.5%.
Evolución de la capacidad instalada v.s.
Proyección de demanda de potencia
Resultado subasta 2008: 2,900 MW de los cuales 2,534 MW son hidráulicos.
Resultado subasta 2011/2012: 1,082 MW, de los cuales 582 son hidráulicos.
En total, se instalarán 3,982 MW.
Se requieren cerca de 3,700 MW adicionales a los del cargo por confiabilidad.
Energía Firme vs Proyección de demanda de
Energía
-
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
ene
-12
ene
-13
ene
-14
ene
-15
ene
-16
ene
-17
ene
-18
ene
-19
ene
-20
ene
-21
ene
-22
ene
-23
ene
-24
ene
-25
ene
-26
ENFICC D ALTA D MEDIA D BAJA
GW
h-a
ño
Entre 2019 y 2020 se requiere adicionar energía firme.
Se sugiere que el periodo de planeamiento de la próxima subasta sea de 5 y no de 4 años para
que la transmisión se alcance a definir y a ejecutar.
En consecuencia, la próxima subasta debería ocurrir entre 2014 y 2015.
Se requieren 3,700 MW adicionales a los ya definidos para cumplir criterios de confiabilidad.
Proyectos en ejecución: 7
1.Nueva Esperanza 500/230 kV (Bogotá)
2.El Bosque 220 kV (Cartagena)
3.Sogamoso 500/230 kV (Santander)
4.Armenia 230 kV (Eje Cafetero)
5.Alférez 230 kV (Cali)
6.Quimbo 230 kV (Huila)
7.Termocol 220 kV (Santa Marta)
Proyectos aprobados: 8
1. Chivor-Norte-Bacatá 220 kV
2. Suria 220 kV
3. Flores – Caracolí – Sabana 220 kV
4. Bello – Guayabal – Ancón 220 kV
5. Chinú – Montería – Urabá 220 kV
6. Bolívar – Cartagena 220 kV
7. Cambio configuración subestación Malena 220 kV
8. Cambio configuración subestación Caño Limón 220 kV
Proyectos en definición: 10
1. La Loma 500 kV
2. Río Córdoba 220 kV
3. Refuerzo Costa 1x500 kV
4. Conexión Ituango 3x500 kV
5. Refuerzo Suroccidental 1x500 kV
6. Conexión Ambeima 220 kV
7. Compensaciones Bogotá (SVC-STATCOM).
8. Refuerzo Bogotá 2x500 kV
9. Compensaciones Suroccidental (SVC-STATCOM)
10. Conexión Porvenir 220 kV
Expansión en transmisión
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
14
METODOLOGÍA GENERAL DE PLANIFICACIÓN
si
noVisión de largo plazo (15 años)
Análisis de Corto (5 años) y Mediano Plazo (10 años)
Establecer alternativas de solución a las M necesidades
identificadas
Para la necesidad k identificada
Para la alternativa i
Análisis Eléctricos
Análisis Económicos
Se calcula la relación Beneficio/Costo. Es decir, B/Ci
Se establece la recomendación para la necesidad k como:
RecomK= Max (B/C1, B/C2, B/C3)
Inicio
i = 1, n, 1Diagnóstico del Sistema de Transmisión Nacional – STN y los
Sistemas de Transmisión Regionales STR’s
k = k +1
k < M
Se establecen las M
convocatorias
asociada a cada
proyecto.
Se emiten señales
de expansión para
cada Operador de
Red
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
16
CONFIABILIDAD ELÉCTRICA Y AGOTAMIENTO DE LA RED
Establecer las condiciones
base para el año j (generación,
demanda y topología)
Análisis de
contingencia
Agotamiento de
la Red: Se
establece la
ENSViolaciones
Selección de N
contingencias críticas
(Ranking)
Para la
contingencia i
Se establece
la ENS
i = i + 1
i < N
Violaciones
Fin
Análisis bajo condiciones
normales de operación
no
si
no
si
si
no
no si
Inicio
CONFIABILIDAD ELÉCTRICA Y AGOTAMIENTO DE LA RED
Establecer las condiciones
base para el año j (generación,
demanda y topología)
Análisis de
contingencia
Agotamiento de
la Red: Se
establece la
ENSViolaciones
Selección de N
contingencias críticas
(Ranking)
Para la
contingencia i
Se establece
la ENS
i = i + 1
i < N
Violaciones
Fin
Análisis bajo condiciones
normales de operación
no
si
no
si
si
no
no si
Inicio
En primera instancia se establecen las condiciones base
del Sistema, es decir, demanda y topología.
Posteriormente se determina bajo condiciones normales
de operación y contingencia sencilla, el desempeño del
sistema en relación a sus principales variables eléctricas.
Si se identifican violaciones, se calcula el valor esperado
de la Energía No Suministrada - ENS y se valora la
misma con la diferencia entre el costo de
racionamiento y el costo unitario del servicio de
energía eléctrica.
El costo de racionamiento se selecciona calculando el
deslastre de carga necesario para evitar violaciones, y su
porcentaje de participación en relación a la demanda
operativa donde se identifica la problemática.
CONFIABILIDAD ELÉCTRICA Y AGOTAMIENTO DE LA RED
Establecer las condiciones
base para el año j (generación,
demanda y topología)
Análisis de
contingencia
Agotamiento de
la Red: Se
establece la
ENSViolaciones
Selección de N
contingencias críticas
(Ranking)
Para la
contingencia i
Se establece
la ENS
i = i + 1
i < N
Violaciones
Fin
Análisis bajo condiciones
normales de operación
no
si
no
si
si
no
no si
Inicio
En primera instancia se establecen las condiciones
base del Sistema, es decir, demanda y topología.
ENS = PNS . t .365
Demanda máxima, media o
mínima
ENS = PNS .(λ . r).k
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
20
Se presentan beneficios por confiabilidad energética para el país cuando se trata de un proyecto
que permite:
i. La conexión de una central de generación resultante de las subastas del Cargo por
Confiabilidad.
i. La reducción de los costos operativos, fundamentalmente por el incremento de los límites
de intercambio entre áreas.
i. La reducción de pérdidas en el Sistema.
La siguiente expresión indica la forma de calcular la relación Beneficio / Costo de este tipo de
proyectos.
CONFIABILIDAD ENERGÉTICA
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
22
ELIMINACIÓN O REDUCCIÓN DE RESTRICCIONES
Para las M
Restricciones
identificadas
Para la Restricción i
Se establece la medida de
administración del riesgo, es decir, la
generación que se debe programar o
limitar.
i = i + 1
nosi
Se establece la probabilidad p
del escenario restrictivo
Se valora el costo de la restricción como la
diferencia entre su Reconciliación + y el Precio de
Bolsa (Recp - Pb) multiplicada por la probabilidad
p y la potencia reconciliada
i < M
Fin
Inicio
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. XXXXXXXXX
TABLA DE CONTENIDO
24
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Problemática Área Oriental
Descripción
EJEMPLO DE APLICACIÓN
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Problemática Área Oriental
Descripción
Principal restricción
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Problemática Área Oriental
Descripción
Principal restricción
Las transferencias desde el interior del país al
Centro Oriente colombiano, es decir, el límite de
importación del área, están restringidas a un valor
de 550 MW (violaciones de tensión ante la
contingencia Primavera – Bacatá 500 kV bajo
escenarios de mínimo despacho).
Esta restricción, dependiendo del despacho
económico, puede ocasionar sobre costos
operativos
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Problemática Área Oriental
Descripción
Principal restricción
Las transferencias desde el interior del país al
Centro Oriente colombiano, es decir, el límite de
importación del área, están restringidas a un valor
de 550 MW (violaciones de tensión ante la
contingencia Primavera – Bacatá 500 kV bajo
escenarios de mínimo despacho).
Esta restricción, dependiendo del despacho
económico, puede ocasionar sobre costos
operativos
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Problemática Área Oriental
Descripción
Principal restricción
Las transferencias desde el interior del país al
Centro Oriente colombiano, es decir, el límite de
importación del área, están restringidas a un valor
de 550 MW (violaciones de tensión ante la
contingencia Primavera – Bacatá 500 kV bajo
escenarios de mínimo despacho).
Esta restricción, dependiendo del despacho
económico, puede ocasionar sobre costos
operativos
En el largo plazo se observa la necesidad de contar
con todo el parque de generación, con el objetivo
de garantizar la seguridad del Sistema.
Es por ello que si no se acometen proyectos de
transmisión, es posible que se materialicen
restricciones o racionamientos preventivos.
Beneficios de un proyecto de expansión:
Reducción o liberación de la generación requerida
en el área Oriental en todos los periodos de
demanda, si y solo si esta generación no esta en
mérito (Restricciones).
EJEMPLO DE APLICACIÓN
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
EJEMPLO DE APLICACIÓN
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
EJEMPLO DE APLICACIÓN
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Fu
nci
ón
de
Den
sid
ad d
e P
rob
abil
idad
Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
EJEMPLO DE APLICACIÓN
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Fu
nci
ón
de
Den
sid
ad d
e P
rob
abil
idad
Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
EJEMPLO DE APLICACIÓN
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Fu
nci
ón
de
Den
sid
ad d
e P
rob
abil
idad
Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
Zona de despachos que no generan
restricción (sin Exp)
EJEMPLO DE APLICACIÓN
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Fu
nci
ón
de
Den
sid
ad d
e P
rob
abil
idad
Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
Zona de despachos que no generan
restricción (sin Exp)
Probabilidad de no materialización de
restricciones
EJEMPLO DE APLICACIÓN F
un
ció
n d
e D
ensi
dad
de
Pro
bab
ilid
ad
Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
Zona de despachos que no generan
restricción (sin Exp)
Probabilidad de no materialización de
restricciones
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
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TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
EJEMPLO DE APLICACIÓN F
un
ció
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Pro
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Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
Zona de despachos que no generan
restricción (sin Exp)
Probabilidad de no materialización de
restricciones
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
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ESPERANZA
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PRIMAVERA
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REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
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TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Generación requerida con expansión
EJEMPLO DE APLICACIÓN F
un
ció
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e D
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Pro
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Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
Zona de despachos que no generan
restricción (sin Exp)
Probabilidad de no materialización de
restricciones
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Generación requerida con expansión
Am
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Exp
)
EJEMPLO DE APLICACIÓN F
un
ció
n d
e D
ensi
dad
de
Pro
bab
ilid
ad
Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
Zona de despachos que no generan
restricción (sin Exp)
Probabilidad de no materialización de
restricciones
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
SOCHAGOTA
A
MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
CIRCO LA
MESA
PAIPA
MALENA
PURNIO
TORCA
NUEVA
ESPERANZA
GUAVIO
PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
TUNAL
CHIVOR
CHIVOR 2
REFORMA SURIA
SOGAMOSO
NOROESTE
PARAISO
GUACA
TERMOCENTRO
LA SIERRA
SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Generación requerida con expansión
Probabilidad de Utilidad del proyecto
de transmisión
Am
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EJEMPLO DE APLICACIÓN F
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Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida sin proyecto,
pero mayor a la requerida con proyecto.Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación requerida sin expansión
Zona de despachos que no generan
restricción (sin Exp)
Probabilidad de no materialización de
restricciones
BUCARAMANGA
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MIROLINDO
A SAN
FELIPE
MIEL 1
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MESA
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SAN CARLOS
A LA
VIRGINIA S.MATEO
A LA VIRGINIA
A PORCE III
A SAN
FELIPE
BACATÁ
NORTE
BALSILLAS
Generación requerida con expansión
Probabilidad de Utilidad del proyecto
de transmisión
Am
plia
ció
n d
e la
zo
na
de
des
pac
ho
s q
ue
no
gen
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bab
ilid
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EJEMPLO DE APLICACIÓN
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MIEL 1
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Donde:
M: Diferencia entre la generación requerida sin
y con proyecto. Es decir, la potencia que se
reconciliaría si no se dispone del proyecto de
expansión. También se puede ver como la
capacidad de importación adicional de un área,
cuando se tiene una nueva infraestructura a
nivel de transmisión.
SCOP: Es la diferencia entre el precio de
reconciliación positiva y el precio de bolsa.
Este sobrecosto se materializa cuando se
requiere un despacho fuera de mérito, con el
objetivo de garantizar la seguridad e integridad
del Sistema.
Probutil proy: Es la probabilidad de utilidad del
proyecto. Diferencia entre las probabilidades
de tener un despacho económico inferior al
mínimo requerido, sin y con proyecto. Este
valor se obtiene ajustando a una función de
densidad de probabilidad, la variable aleatoria
“despacho económico”.
𝐵 = 𝑀 . 𝑠𝑐𝑜𝑝 . 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑢𝑡𝑖𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑦
𝑛
𝑖=1
EJEMPLO DE APLICACIÓN
BUCARAMANGA
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idad
Variable Aleatoria. Despacho Económico [MW]
Probabilidad de tener un despacho económico menor a la Generación requerida con proyecto.
Diagrama de Frecuencia (histograma), de los despachos económicos más probables.
Ajuste de la variable aleatoria a una Función de Densidad de Probabilidad (FDP).
Generación Mínima Requerida sin
Proyecto
EJEMPLO DE APLICACIÓN
Donde:
M2: Diferencia entre la capacidad instalada del
área y la generación requerida con proyecto.
probinf: Probabilidad de Utilidad del Proyecto en
la franja donde la capacidad instalada es
inferior a la generación requerida: Es la
diferencia entre las probabilidades de tener un
despacho económico inferior a la capacidad
instalada, que es uno, y mayor al despacho
requerido con proyecto.
N: Es la diferencia entre la generación
requerida sin proyecto y la capacidad instalada
del área operativa. En otras palabras, es la
potencia que se racionaría para garantizar la
seguridad e integridad del Sistema.
CRO: Es el Costo de Racionamiento. Se
establece cuantificando el porcentaje de la
demanda racionada en relación a un área
Operativa.
𝐵 = 𝑀2 . 𝑠𝑐𝑜𝑝 . 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑖𝑛𝑓 + 𝑁 . (𝐶𝑅𝑂)
𝑛
𝑖=1
BUCARAMANGA
GUATIGUARÁ
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A SAN
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MESA
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EJEMPLO DE APLICACIÓN
Alternativa de expansión:
Compensación capacitiva estática de 275 MVAr
(2014).
Compensación dinámica (SVC + STATCOM) 440
MVAr (2015).
Corredor Sogamoso – Norte – Nueva Esperanza 500
kV (2018).
Línea Virginia – Nueva Esperanza 500 kV (2020),
Beneficios
Incremento del límite de importación del área Oriental,
reducción de la generación requerida en el largo plazo
(restricciones) y minimización del valor esperado de la
energía no suministrada.
Resultados (Beneficio / Costo)
B/C = 2.00
Observaciones:
A partir del año 2025 se requeriría nuevamente la
totalidad del parque generador, y deslastrar carga
preventivamente, razón por la cual se ve necesaria
una tercera interconexión a nivel de 500 kV, o
expandir el parque generador en el área Oriental.
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ESPERANZA
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PRIMAVERA
NUEVA GRANADA
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CHIVOR 2
REFORMA SURIA
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NOROESTE
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A PORCE III
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NORTE
BALSILLAS
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
46
Conclusiones y trabajo futuro
Los modelos de planeamiento no reflejan necesariamente las reglas del mercado de energía
eléctrica. Esta situación obliga a realizar análisis complementarios, para valorar de esta manera la
utilidad de los proyectos y así determinar si los mismos se justifican económicamente.
El análisis probabilístico de los despachos esperados de energía en el largo plazo, permite identificar
la utilidad de un proyecto, la cual ocurre cuando la energía requerida para cubrir al Sistema se
encuentra fuera de mérito. De esta manera, la valoración económica es función de los sobrecostos
operativos, determinados por los precios de reconciliación positiva de una planta en particular
respecto al precio de bolsa.
Si bien la metodología permite identificar futuras restricciones del sistema, la probabilidad de utilidad
del proyecto se sigue calculando con el modelo energético. Esto representa una limitación, ya que
con el SDDP no es posible replicar exactamente el sobrecosto operativo del sistema (R+ - R-), es
decir, que para estos efectos, no representa las reglas comerciales del sistema colombiano con las
que se obtienen los costos de restricciones. En este sentido, en el futuro se deberán desarrollar
modelos de mercado, que permitan simular el comportamiento de los Agentes y calcular de esta
manera el valor de las restricciones futuras.
Aspectos para analizar en la búsqueda del fortalecimiento
de la metodología.
1. Expansión: Proceso actual
2. Metodologías para la definición de la expansión de la transmisión
3. Beneficios cuantificados por la UPME en la definición de los
proyectos de transmisión y sub-transmisión.
Confiabilidad eléctrica y agotamiento de la red.
Confiabilidad energética.
Eliminación o reducción de restricciones.
4. Ejemplo de aplicación.
5. Aspectos por mejorar y fortalecer de la metodología.
6. Generación distribuida, micro redes, redes inteligentes → Nueva
visión del planeamiento
TABLA DE CONTENIDO
48
“La GD es la generación conectada a
un Sistema de Distribución Local
(SDL), que no tiene acceso directo a
la red de transmisión, no es
despachada centralmente y cumple
con los requerimientos de conexión”1.
Tomado de: (USA) ~15kW http://www.larryhotz.com
Tomado de: (Bolivia) ~6.2MW http://www.ecoressources.com
Tomado de: http://www.earthtronics.com/honeywell.aspx (USA)
Tomado de: http://www.industcards.com/micro.htm (USA)
Tomado de: http://www.altenergymag.com/articles/09.04.01/loix/vei2.jpg (Ecuador)
Tomado de: http://solarpowerrocks.com/wp-content/uploads/2008/07/german-solar.bmp (Alemania)
1 Proyecto SILICE, Colciencias – Codensa – Emgesa – Uniandes –
Unal – UIS.
PCH Santa Ana – EAAB, 12 MW, Nororiente de Bogotá.
Definición de generación distribuida (GD)
• Capacidad: Se han realizado diferentes clasificaciones, pero no hay
consenso2.
• Está conectada a redes de distribución de baja o media tensión.
• Tecnologías:
– No renovables (convencionales)
– Renovables (no convencionales)
Micro ̴1 W < P < 5 kW
Pequeña 5 kW < P < 5 MW
Mediana 5 MW < P < 50 MW
Grande 50 MW < P < ̴300 MW
2 T. Ackerman, G. Andersson, and L. Soder. Distributed generation: a definition. Electr. Pow. Syst. Res., 57:195-204, 2001.
• Micro turbinas de gas
• Motores reciprocantes
• Aplicaciones de cogeneración (CHP – Combined
Heat and Power)
• Turbinas de Viento
• Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (PCH)
• Solar fotovoltaica y solar térmica
• Geotérmica
• Celdas de Combustible
• Biomasa
Características de la GD
• Reducción de pérdidas en las redes
de transmisión y distribución.
• Incremento en confiabilidad y calidad
del servicio si se cumplen las
reglamentaciones.
• Mayor control de energía reactiva y
regulación de voltaje.
• Retraso de inversiones en redes de
transmisión y sub-transmisión.
• Mejor adaptación a las variaciones de
demanda.
• Aumento de la competencia y
disminución del poder de mercado.
• Mayor flexibilidad al disminuir la
dependencia del sistema centralizado.
• Uso eficiente de la energía e
incorporación de fuentes más limpias.
• Requerimiento de nuevos
esquemas para la operación y el
mantenimiento de este tipo de
sistemas.
• Mayores costos de inversión,
especialmente para algunas
tecnologías renovables.
• Cargos de conexión que deben
pagar los productores.
• Mayor descentralización que puede
dificultar la garantía de seguridad
del sistema e incluso incrementar
los costos de operación.
• Contaminación auditiva y ambiental
cerca de los consumidores, en
algunos casos.
• Mayor incertidumbre en el
pronostico de la generación
distribuida (fuentes intermitentes).
3 Pepermans et al. (2005). Distributed generation: definition, benefits and issues. Energy Policy 33 pp. 787-798.
Ventajas y desventajas (retos) de la GD3
• El éxito de la GD depende del marco regulatorio que la acompañe.
Esto ha dado lugar a considerar:
– La creación de un ente que permita supervisar (técnicamente y de
cerca) la operación de los GDs.
– Que el mismo ente agregue los GDs y facilite su participación en el
mercado eléctrico (reducir incertidumbre asociada al pronostico de
generación, varias fuentes intermitentes), y finalmente,
– Que agregue GDs y grupos de consumidores definiendo “pequeños
mercados” que faciliten el balanceo entre oferta y demanda.
Microredes (μR)
Articulación de la GD con el SIN
• Puede operar de forma interconectada o aislada (de la macro red - SIN).
• Está conectada a SDLs en BT o MT.
• Aplica para instalaciones residenciales, comerciales e industriales.
• Incluye fuentes convencionales y renovables.
4 Adaptado de E. Perea, et al (2008) y A.D. Hawkes, M.A. Leach (2009). 5 Decentralized Energy Resource, se define como cualquier recurso local asociado al sistema energético, incluyendo generadores,
dispositivos de almacenamiento y cargas.
Tomado de: http://fernandez-ladrondeguevara-apivitoria.blogspot.com/p/microgrids.html
Definición de microredes4 (μR)
Conjunto de recursos de energía
distribuidos (DER5) que operan
cooperativamente para proveer energía de
forma confiable, económica, posiblemente
eficiente y amigable en términos
ambientales.
• Incremento de la confiabilidad
para los participantes de la
μR.
• Mejoras a la confiabilidad de
la macro red.
• Aplazamiento de inversión en
infraestructura de redes.
• Sirve de respaldo al exceso
de capacidad del sistema
(capacity adequacy).
• Según la tecnología utilizada
puede ser amigable en
términos ambientales.
• Es necesario crear un marco legal/regulatorio que regule de forma apropiada las μRs.
• Posible incremento en costos de operación de las redes de distribución asociadas a la μR.
• Se requieren nuevos y mas complejos esquemas de control, comunicaciones, monitoreo, y protecciones para las μRs.
• Limitadas a localizaciones remotas donde la electrificación convencional no es posible.
6 Costa, P.M. et al. (2008). Regulation of microgeneration and microgrids. Energy Policy 36 pp. 3893-3904.
Ventajas y desventajas (retos) de las μRs6
Tomado de: European Commission (2006). European SmartGrids Technology Platform. Url: http://europa.eu.int/comm/research/energy.
Ejemplo de una μR
• Agentes involucrados: operador del sistema, administrador del
mercado, operadores de red, (nuevos) generadores, agentes
privados (e.g. industrial), comercializador, y usuarios finales.
• Temas de discusión a nivel de planeamiento:
– ¿Qué nivel de penetración podría alcanzar la GD?
– ¿Quién debería invertir en GDs/ μRs?
– ¿Cuál sería el tamaño adecuado de las μRs?
– ¿Qué determinaría la localización óptima? (¿ precios nodales ?)
– ¿Qué impacto tendría la penetración de la GD y las μRs en el
pronóstico de la generación/demanda?
– ¿Quién debería representar a nivel técnico y comercial las μRs?
– ¿Quién debería operar las μRs?
Preguntas sobre GD y μR
• “Una red inteligente es un sistema de aplicaciones de
información y comunicaciones integradas con la generación,
transmisión, distribución, y las tecnologías de uso final de
energía eléctrica que:…”7
7 Adaptado de: NARUC Webinar (2010). Dynamic prices in a smart grid world.
•Permite a los consumidores administrar su uso de la energía y elegir las ofertas económicamente más eficientes.
1. Promueve la elección por parte
de los clientes
•Utiliza automatización y tecnologías alternativas para mantener la confiabilidad del suministro y la estabilidad del sistema.
2. Mejora la confiabilidad
•Integra renovables, almacenamiento y diferentes alternativas de generación.
3. Integra energías renovables
Tomado de: Electric Power Research Institute, EPRI, 2009.
Redes inteligentes (RI)
• NIST:
“… adding and integrating many varieties of digital computing and communication
technologies and services with the power-delivery infrastructure. Bidirectional flows
of energy and two-way communication and control capabilities will enable an array of
new functionalities and applications that go well beyond “smart” meters for homes
and businesses”.
• FERC:
“Two-way flow of information and power”
• FERC, definición alternativa:
SG = AMI + HAN + DSM + DER + PHEV + DA + EMS
AMI – Advanced Metering Infrastructure
HAN – Home Area Networks
DSM – Demand-Side Management
DER – Distributed Energy Resources
PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicles
DA – Distribution Automation
EMS – Energy Management System (Transmission)
Otras definiciones de las RI
Redes inteligentes – Transmisión
http://www.gedigitalenergy.com/IndSolutions/ind_WideAreaMonitoring.htm
Elementos importantes en la red de transmisión:
- Implementación de PMUs.
- Sistemas de administración – análisis de información (tiempo real).
- Sistemas de control – monitoreo – protección de área amplia (WAMS, WACS).
- Sistemas de manejo de energía (EMS).
- Centros de control “avanzados”.
Impacto en la red de transmisión de la
implementación de RI a nivel de distribución:
- Proyecciones de demanda.
- Pronóstico de recursos distribuidos
intermitentes (reservas).
- Respuesta de la demanda: reducción
del pico.
Redes inteligentes – Distribución
Tomado de: European Commission (2006). European SmartGrids Technology Platform.
Url: http://europa.eu.int/comm/research/energy.
Algunos elementos:
- Recursos de energía distribuidos (DER):
generación, almacenamiento.
- Infraestructura de medición avanzada.
- Automatización de la distribución.
- Respuesta de la demanda.
- Eficiencia energética.
-Vehículos eléctricos
Impactos de generación local:
- Reducción de pérdidas.
- Mejoramiento del perfil de voltaje (manejo de energía reactiva).
- Reducción de cargabilidad de alimentadores y transformadores de frontera.
- Diferir expansión a nivel de SDL y STR*.
* Restricciones a la expansión de ORs (ambientales, POT, limitación de espacio, etc.)
Microredes (μR)
• Problema combinatorio, no lineal y no
convexo
• Restricciones – Demanda
– Ecuaciones de flujo de carga
– Perfiles de voltaje
– Límite térmico de los equipos
– Niveles de confiabilidad
• Funciones objetivo – Minimización de costos (inversión y
operación)
– Minimización de pérdidas
• Bajo condiciones normales
• Para emergencias
• Variables: discretas y enteras
Ubicar recursos de manera eficiente: capacidad
adecuada de subestaciones y alimentadores para
cubrir la demanda(*)
Tomado de automation.siemens.com
Problema de planeamiento (convencional)
(*) See S. Kathor, L. Leung. 1997. Power Distribution Planning: A Review of Models and Issues. IEEE Transactions on Power Systems. Vol. 12, No. 3.
• Programación matemática
clásica
– Optimización (Lineal)
– Programación entera (Mixta)
• Branch & bound
– Optimización multi-objetivo
• Meta-heurísticas
– Algoritmos genéticos
– Búsqueda tabú
– …
• Inteligencia artificial y sistemas
expertos
• Muchos objetivos (no siempre
conflictivos)
• Incertidumbres (crecimiento y
ubicación de la demanda; fallas u
ocurrencia de daños)
• Reglas de planeamiento urbano
Problema de planeamiento (convencional)
Ubicar recursos de manera eficiente: capacidad
adecuada de subestaciones y alimentadores para
cubrir la demanda(*)
Tomado de automation.siemens.com
• Diferentes perspectivas (desarrolladores de proyectos, empresa eléctrica,
operador de red, consumidor, regulador, etc.)
• Diferentes objetivos, algunos conflictivos
• Nuevas restricciones (ambientales, uso de la tierra, etc.)
• Formulación del problema
‘completo’
• Mejorar los métodos tradicionales
(incertidumbres, análisis de
escenarios, fronteras de Pareto)
• Utilizar nuevas metodologías
(diferentes agentes, respuesta
dinámica, …)
• Internalización de externalidades
• Consideración de manejo del
riesgo Tomado de: http://www.cs.uwaterloo.ca/~oardakan/project.html
Problema de planeamiento con RI
Tomado de: Alarcon, et al., Multi-objective planning of DER, renewable and sustainable energy reviews, 14, 2010
Dilema Optimización / Modelamiento
