Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20041/23
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
Jens Bömer
Estudiante de IntercambioUniversidad de Chile / Universidad de Dortmund
16 de Julio de 2004
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20042/23
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
Análisis de la experiencia alemana en la integración de generación eólica en la red y su apoyo posible para la
integración de generadores eólicos en la red eléctrica de Chile
Jens Bömer
16 de Julio de 2004
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20043/23
Contenido
1. Introducción2. Caso Alemán
2.1 Mercado Reglamentario Alemán2.2 Aprobación de Proyectos2.3 Desarrollo y Requerimientos de Normas
3. Clasificación de Generadores Eólicos3.1 Base de Datos3.2 Tecnología de Generación
4. Análisis de las Características4.1 Servicios Complementarios4.2 Integración en Forma de un Generador
Virtual5. Resumen y Desarrollo Futuro
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20044/23
1. Introducción (I)
• Estudio CORFO 1993– Basado en estudios previos (desde 1959)– Mediciones en seis localidades– Datos del viento para 155 lugares
• Estudio de NREL 1997– Sólo para Chiloé
• Estudio de Universidad de Chile 2003– Potencial eólico de Chile Norte y Central – 129 estaciones de interés
• Resultados– Alta potencia eólica en todas partes del
país– Alta potencia eólica en varios zonas
• Cerros• Zonas de altura en la Cordillera• Zonas costeras (Onshore y Offshore)
Recurso Eólico en Chile
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20045/23
1. Introducción (II)
Mercado reglamentario en Chile
Centrales que operan en sincronismo con el sistema interconectado, que usan una fuente energética no convencional (tales como geotérmica,
eólica, solar, biomasa, mareomotriz, pequeñas centrales hidroeléctricas, cogeneración y otras similares determinadas fundadamente por la
Comisión) cuyos excedentes de potencia suministrada al sistema eléctrico no superen los 9 MW (20 MW).
EMPRESAS GENERADORAS
CDEC/
Spot
MERCADO DE GENERADORES
MERCADO DE CONTRATOS
VENTA COMPRA
CLIENTES LIBRES
EMPRESAS DISTRIBUIDORAS
CLIENTES REGULADOS
Indicaciones Ley Corta
• Venta de energía en el mercado spot al costo marginal
• Obligación de permitir la conexión de pequeñas centrales (9 MW) a la red
• Liberación del pago de peajes de transmisión
PEQUEÑOSGENERADORES
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20046/23
2. Caso Alemán (I)
Marco político• EnWG 1998
Reglas reglamentarias• Declaración de asoc.• Reglas de medición• Reglas de conexión
Mercado Reglamentario Alemán
GENERADORES CONVENCIONALE
S
CLIENTES EMPRESARIOS
CLIENTES PRIVADOS
Day Ahead /
Intra Day
Área de Balance
• EEG 2000• KWKG 2002• BNatSchG 2002
GENERADORES DE ERNC
Precios fijos
según ley EEG
Ley EEG• Compra obligatoria de la energía ERNC• Precios fijos dependiente de tecnología• Ampliación obligatoria de la red
• Reglas de aprobación según estado• Control del uso de suelo• Ley de construcción
Reglas específicas para la generación eólica• Normas técnicas• Directrices para el acoplamiento• Directrices para la operación
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20047/23
2. Caso Alemán (II)
Autoridad de Construcción (local)
Autoridades locales• Autoridad Medioambiental• Autoridad Forestal• Autoridad de Aguas• Autoridad de Espacio Aéreo• Autoridad de
Telecomunicaciones
Solicitante
Pedir la autorizació
n
Procedimiento
administrativo de
aprobación
Órganos
Procedimiento
Control del uso de suelo
Requisitos de
planificaciónRequisitos
ambientales
Aprobación de Proyectos
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20048/23
2. Caso Alemán (III)
Control del Uso de Suelo
Plan de Desarrollo Regional
• Declaración de áreas preferidas
Plan de Uso de Áreas (preliminar)
• Uso general• Según necesidades
del Municipio
Estado Federal
Municipio
Plan de Urbanización (final)
• Uso definitivo• Decisivo para la
construcción
Municipio
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.20049/23
2. Caso Alemán (IV)
Requisitos de Planificación
•Derechos existentes• Derechos de carreteras• Derechos de transporte aéreo• Derechos de navegación
•Áreas militares
•Espacios•Líneas aéreas•Equipos técnicos•Áreas protegidas
•Medidas de compensación
Requisitos Ambientales
•Áreas excluidas: Parques Nacionales, Reservas Naturales, Monumentos Naturales, Biotopos, Reservas de Aves, Reservas de Agua, Áreas de Inundación
•Protección de emisiones luminosas: Efecto Disco, Sombra, Fanales Aéreas
•Ruido•Aprobación ambiental
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200410/23
2. Caso Alemán (V)
ÁmbitoEléctrico
Unión Europea
CENELEC
IEC
ETSI
DKEde DIN y VDE
Gobierno Alemán
Normas Nacionales
Desarrollo y Requerimientos de Normas
• Público• Cualquier persona puede
participar
• Normas no son obligatorias• Obligatorias sólo con contratos
ÁmbitoGeneral
ISO
CEN
DIN
Normas Nacionales
Internacional
Europea (Regional)
Nacional
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200411/23
2. Caso Alemán (VI)
IEC CENELEC DKE
CDV
FDIS
Publicación IEC
Propuesta
Draft
Draft prEN
Final Draft prEN
Norma Europea (EN)
Propuesta Normativa
ProcedimientoPúblico de Objeción
Norma DIN-EN
Posición
Posición
Sí / No
Deber de Adopción
Detención
Generación de una Norma IEC en base a una Iniciativa Europea
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200412/23
2. Caso Alemán (VII)
• Límites para:•Aumento de voltaje•Flicker•Armónicas•Asimetría
Requerimientos Eléctricos
~PCC
f
~• Reglas de desconexión
•Alta/Baja frecuencia•Alto/Bajo voltaje•Corriente de cortocircuito
Directriz de baja tensión
Directriz de alta tensión
Requerimientostécnicos de conexiones
TAB 2000
Reglamento adicional paraconexión de unidades eólicas
(E.ON)
• Factor de potencia(Carga de potencia reactiva)
• Aumento de la corrientedel cortocircuito
• Normas de seguridad (VDE 0100)•Protection against electrical shock
(IEC 364-4-41:1992)• Isolation and Switching (IEC 364-4-46:1981)•Earthing arrangements and protective
conductors (IEC 364-5-54:1980)
Normas Técnicas
• Normas de compatibilidad electro-magnética (VDE 0838)
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200413/23
2. Caso Alemán (VIII)
Generadores Eólicos(onshore)
Leyes• EEG• BauGB• BNatSchG• UVPG• BImSchG
Reglas regionales• Directriz de
Construcción• Decreto Energía
Eólica
Directrices europeas
• CEM-Directriz• IVU
Normas técnicas• DIN EN 50160• DIN IEC 60038• DIN VDE 0100• DIN VDE 0838• DIN VDE 0839• DIN VDE 0211• (DIN VDE 0126)• DIN VDE 0127 /
DIN EN 61400• DIN VDE 0558
Directrices técnicas• TAB 2000• VDEW-Directriz
NS & MS• FGW-Directriz
• DIBt-Directriz• TA-Lärm (Ruido)
Reglas adicionales• E.ON-Directriz
Ámbito Político
Ámbito TécnicoNormas de
construcción• DIN 4131• DIN 4133• DIN 1045• DIN 1054• DIN 1055• DIN 4228• DIN 18800
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200414/23
3. Clasificación de Generadores Eólicos (I)
• Realizado en MS Access• Modelos con potencia
nominal entre 100 kW y 5 MW
Base de Datos
barlovento
sotavento
• Eje horizontal o vertical• Posición del rotor• Control de potencia
Stall
Pitch
• Tecnología de generación• (In)Existencia de caja amplificadora• Velocidad de giro fijo o variable• Datos técnicos, Ej.
•Curva de potencia•Velocidad de partida,
potencia promedio y parada•Área del rotor•Perturbaciones a la red•Pesos
• Datos económicos (no recopilados)•Costos de inversión•Costos de mantenimiento•Costos de transporte
Datos recopilados
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200415/23
3. Clasificación de Generadores Eólicos (II)
Estructura de la Base de Datos
Aerogeneradores
Control aerodinamico
Modo de generacion
Alimentacion del campo
Caja amplificadoras
Constructores
Rodamientos
Normas de desconexion
Materiales del rotor
Inversores
Valvulas electricas
Rotores
Generadores
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200416/23
3. Clasificación de Generadores Eólicos (III)
Formularios para el Usuario
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200417/23
3. Clasificación de Generadores Eólicos (IV)
Acoplamiento Directo
GAf
CAn
GAf
CAn DC
=~
~=
Con Circuito de C.C.
Tecnología de Generación
Deslizamiento Dinámico
GA
fCA
n
GA
fCA
n~
~
Doblemente Alimentado
Generadores Asincrónicos
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200418/23
3. Clasificación de Generadores Eólicos (V)
Con Circuito de C.C.
GS
fn DC
=~
~=
n f
~~
Con Imán Permanentey Cicloconvertidor
Generadores Sincrónicos
DC
GSCaja
amplifi-cadora
n=~GSGS
CajaamplificadoraCA =~ =~
GSCaja
amplifi-cadora
nGSGS
CajaamplificadoraCA
f
Acoplamiento Directo
Acoplamiento a Red DC
CA
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200419/23
4. Análisis de las Características (I)
Generador Asincrónico con Acoplamiento Directo
Generador Asincrónico con Deslizamiento Dinámico
Generador Asincrónico con Cascada Supersincrónica
Generador Asincrónico Doblemente Alimentado
Características GeneralesUso del Viento Bajo Medio Medio AltoPotencia Reactiva Carga Carga Carga Regulada Carga o Fuente ReguladaComplejidad de Control Bajo Medio Alto AltoCaracterísticas MecánicasVelocidad de Giro 1 … 1,08 f/p 1 … 1,3 f/p 1 … 1,3 f/p 0,8 … 1,2 f/pTorque en el Eje Alto Medio Medio BajoCaja Amplificadora de RPM Sí Sí Sí SíPerturbaciones a la RedArmónicas Medio Medio Ordenes Típicos del Inversor Ordenes Típicos del InversorCambio de Armónicas con Cantidad de Generadores
Disminución Disminución - -
Comportamiento de CortocircuitoCorriente de cortocircuito subtransiente
6 Veces la Corriente Nominal 6 Veces la Corriente Nominal - -
Corriente de cortocircuito permanente
Cero Cero - -
Servicios ComplementariosControl de Frecuencia No No No NoControl de Voltaje No No Restringido SíOperación Aislada de la Red / Backup
No No No Restringido
Integración a Generador Virtual
Inapropiado Poco Apropiado Poco Apropiado Apropiado
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200420/23
4. Análisis de las Características (II)
Generador Sincrónico con Acoplamiento Directo
Inv. de Tiristores Inv. de IGBTCaracterísticas GeneralesUso del Viento Bajo Alto AltoPotencia Reactiva Carga o Fuente Regulada Carga Regulada Carga o Fuente ReguladaComplejidad de Control Medio Medio MedioCaracterísticas MecánicasVelocidad de Giro 1 f/p 0,5 … 1,2 f/p 0,5 … 1,2 f/pTorque en el Eje Alto Bajo BajoCaja Amplificadora de RPM Sí Sí/No Sí/NoPerturbaciones a la RedArmónicas Bajo Ordenes Típicos del Inversor BajoCambio de Armónicas con Cantidad de Generadores
- Aumento Aumento
Comportamiento de CortocircuitoCorriente de cortocircuito subtransiente
8 Veces la Corriente Nominal 1 Vez la Corriente Nominal Bajo
Corriente de cortocircuito permanente
Dependiente de fuente de la corriente del campo
Cero Cero
Servicios ComplementariosControl de Frecuencia No No SíControl de Voltaje Sí Restringido SíOperación Aislada de la Red / Backup
Restringido No Sí
Integración a Generador Virtual
Apropiado Apropiado Muy Apropiado
Generador con Inversor
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200421/23
4. Análisis de las Características (III)
Fuente: UNIDO
Fuentes energéticas•Celda de combustible•Cogeneración Gas•Cogeneración Biomasa•Sistema Eólico•Celdas solares
2
3
1
6
4
521
Leitsystem
Internet
Integración a Generador Virtual
Definición•Pequeños generadores distribuidos•Operación conjunta•Participación como un agente en el
mercado spot•Variedad de fuentes energéticas
Caso Chileno•Sólo un operador por sistema (CDEC)•Problemas de voltaje•Problemas con la seguridad del
suministro en sistemas pequeños•Altos recursos de energía eólica,
minihidro y fotovoltaica
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200422/23
5. Resumen y Desarrollo Futuro
•Normas de seguridad (VDE 0100)•Normas de desacoplamiento (VDEW-Directrices)•Normas de compatibilidad electro-magnética (VDE
0838)•Requisitos de Planificación
•Conocimiento detallado del mercado reglamentario y normativo alemán
•Base de Datos con una clasificación tecnológica de generadores eólicos
•Comprensión de las diferencias entre las tecnologías de GE•Deducción de un marco mínimo de normas técnicas
Resumen
Desarrollo Futuro
•Estudios técnicos detallados (estacionarios y dinámicos)
•Estudios económicos detallados de proyectos específicos
Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile
16.07.200423/23
Agradecimientos
¡Gracias por su atención!
¿Consultas?
Consultas adicionales [email protected]
Agradecimientos• Rodrigo Palma del Departamento de Ingeniería Eléctrica de
la UChile
• Christian Santana de la Comisión Nacional de Energía
• Elke Huettner de la Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit
• Compañeros/as de la Universidad de Chile
• Compañeros/as de la Casa