TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO PARA OPERACIÓN DE SISTEMAS DE POTENCIA
Jornadas Almacenamiento CNO Mayo 15 de 2017
Centro Nacional de Despacho 2017
Contenido 1. Evolución tecnologías de almacenamiento para flexibilizar la operación de sistemas de potencia 2. Aplicaciones de la Tecnología de Almacenamiento 3. Riesgos latentes - Aplicaciones a la Operación del SIN – CasoTrabajadores Atlántico Personas por cuenta propia
Naturales
Demás
La dinámica de los sistemas eléctricos actuales
Modelo Interactivo Trabajadores Fuente: (www.cea.fr) por cuenta propia
Generación Distribuida
Personas Naturales
Demás
Almacenamiento de Energía
Respuesta de la Demanda
Flexibilidad en sistemas de potencia (FACTS)
Evolución en el uso de recursos para operación flexible de sistemas de potencia
MSC / MSR Trabajadores
Mechanically Switched por cuenta Capacitors / Reactorspropia
Conventional SVC (“Classic”)
Static Var Personas Compensator Naturales
~
~
Solo Mvar
STATCOM Static Synchronous Compensator
~ Demás
Solo Mvar
Solo Mvar
Baterías (BESS) Batery Energy Storage Systems
~
MW y Mvar
Alternativas de operación de un BESS Operación en los cuatro cuadrantes de la característica P-Q GENERADOR Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
CARGA SVC o STATCOM Demás
https://www.google.com.co/search?q=BESS+four+quadrant&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjHiKS57uLTAhWI6SYKHWafBzEQ_AUIBi gB&biw=960&bih=450#imgrc=T0jeocclzB-b0M:
Battery Energy Storage Systems - BESS
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
Battery Energy Storage Systems - BESS Componentes Battery Energy Storage Systems BESS
Aplicación: Alimentación de carga en horas pico
BATERÍAS COMUNICACIONES (Control e intercambio de datos)
Trabajadores por cuenta propia
Localización: Orange, CA
Personas Naturales
Tamaño: 2.4 MW / 3.9 MWh Completado: Mayo 2015 INVERSORES (Convierte de DC a AC)
Demás Transformador de 480 V/12 kV Interruptor
Fuente: SCE
Uso de terreno: 150 m2
Instalaciones Battery Energy Storage Systems - BESS
Power Pack
10 Power wall kWh 14 kWh
Laurel Mountain 32 MW
50 MW 200 kW
1 MW
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
Escondido, CA 30 MW / 120 MWh 8 MW
Servicios del Almacenamiento en Sistemas Eléctricos SERVICIOS PARA EL SISTEMA DE POTENCIA
SERVICIOS COMPLEMENTARIOS
SERVICIOS A LA INFRAESTRUCTURA DE TRANSMISIÓN
SERVICIOS PARA INFRAESTRUCTURA DE DISTRIBUCIÓN
Regulación de frecuencia
Desplazamiento de carga – Curva Diaria -
Reserva rodante, fría y suplementaria
Trabajadores por cuenta propia Control de voltaje Suministro de capacidad
Arranque en negro
SERVICIOS DE GESTIÓN DE DEMANDA DEL USUARIO Calidad de potencia
Diferir expansión de transmisión
Diferir expansión en distribución Confiabilidad potencia
Personas Naturales
Aliviar congestiones en transmisión
Demás
Desplazamiento de carga usuario final
Soporte de voltaje
Otros servicios relacionados (ERNC)
*Fuente: DOE/EPRI 2013 Electricity Storage Handbook – SANDIA - NRECA
Control de demanda pico
Servicios del Almacenamiento en Sistemas Eléctricos SERVICIOS PARA EL SISTEMA DE POTENCIA
SERVICIOS COMPLEMENTARIOS
SERVICIOS A LA INFRAESTRUCTURA DE TRANSMISIÓN
SERVICIOS PARA INFRAESTRUCTURA DE DISTRIBUCIÓN
Regulación de frecuencia Desplazamiento de carga - curva diaria
Reserva rodante, fría y suplementaria
Trabajadores por cuenta propia Control de voltaje Suministro de capacidad
Arranque en negro Otros servicios relacionados (ERNC)
SERVICIOS DE GESTIÓN DE DEMANDA DEL USUARIO Calidad de potencia
Diferir expansión de transmisión
Diferir expansión en distribución Confiabilidad potencia
Personas Naturales
Aliviar congestiones en transmisión
Demás
Desplazamiento de carga usuario final
Soporte de voltaje
*Fuente: DOE/EPRI 2013 Electricity Storage Handbook – SANDIA - NRECA
Control de demanda pico
Principales casos de uso del almacenamiento
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
Servicios Complementarios Servicios de Transmisión *Fuente: DOE Storage Database
Principales casos de uso del almacenamiento - Operación
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
*Fuente: DOE Storage Database
Trabajadores por cuenta propia Personas Naturales
Demás http://www.lynceans.org/all-posts/dispatchable-power-from-energystorage-systems-help-maintain-grid-stability/
Uso de recursos primarios para operación de sistemas
Baterías para reducir congestiones
0.75 0.50
0.50 ~
1.5
0.50 Trabajadores por cuenta propia 0.50
Pre-Contingencia
~~
1.5 Personas Naturales
1.5 1.0
0.50 0.75
1.5 1.5
0.00 0.00 Demás Post-Contingencia Post-Contingencia
0.0 0.5
Almacenamiento como un servicio complementario REGULACIÓN SECUNDARIA DE FRECUENCIA / RESERVA DE POTENCIA
30
entrega
Trabajadores 0 por cuenta setpoint propia 30 MW
15 – 60 mins -30
carga
60
Rango Total (Holgura)
Personas Naturales
• Puede ser utilizado como un recurso de reserva primaria, secundaria (AGC) y terciaria. • Puede participar en el mercado con el servicio de Demás AGC operado desde el CND.
Ejemplo de Control de Frecuencia (PJM) Planta a Vapor Indicador REGA: 79.5%
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales Combustión
Planta de Indicador REGA: 90.6% Demás
Ejemplo de Control de Frecuencia (PJM) Baterías Indicador REGD: 97.7% Nov 2015
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
Hidroeléctrica Indicador REGD: 74.7%
Estado de madurez Tecnologías de Almacenamiento
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
*Fuente: Decourt y Debarre 2013, Electricity Storage Factbook 20
Tendencia Costos Tecnologías de Almacenamiento
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
*Fuente: Decourt y Debarre 2013, Electricity Storage Factbook 21
Proyectos recientes – Sistemas de potencia Owner
Project Name
Power/Energy Rating
Service Description
Location
Year
AES Energy Storage
Alamitos Energy Storage Array
100 MW/ 400 MWh
AES was awarded a 20 yr PPA by SCE to provide local system capacity to ensure power system reliability in Western LA Basin.
Long Beach, CA
2021
AES Energy Storage
Tait Battery Array
40 MW/ n/a
Provide frequency regulation service to PJM, located at Dayton Power &Light’s Tait generation station
Morraine, OH
2013
Invenergy
Grand Ridge Energy Storage
31.5 MW/12.2 MWh
First of Invenergy’s twin projects to provide frequency regulation service in PJM
Marseiles, IL
2015
RES Americas
Jake Energy Storage Center
19.8 MW/7.8 MWh
Second of RES America’s twin projects it provide frequency regulation service in PJM
Joliet, IL
2015
NextEra Energy
Frontier Energy por cuenta 20 MW / n/a Storage Systempropia
Located at Lee/DeKalb Wind Energy Center in IL, provides freqeuncy Naturales regulation service in PJM
Lee/DeKalb
2015
SCE
Tehachapi Wind Energy
8 MW/32 MWh
Will evaluate the performance of BESS to improve grid performance and assist in the integration of large-scale wind generation. (SCE and Demás DOE)
Tehachapi, CA
2014
Auwahi Wind Farm
11 MW/4.4 MWh
Performs wind ramp rate management for a 21 MW wind farm located on the island of Maui.
Kula, HI
2012
NoTrees Wind Storage
36 MW/24 MWh
Demonstration project by DOE ARRA grant and Duke Energy. Services include wind firming, frequency regulation and voltage support.
Goldsmith, TX
2012
Aliso Canyon Energy Storage
20MW/80MWh
CAISO market for day ahead and real time dispatch
Mira Loma, CA
2016
Sempra Duke
Energy SCE
Trabajadores
Personas
Ejemplos de aplicaciones ya probadas Regulación de frecuencia (PJM) Adecuación de recursos (CAISO)
Reserva rodante (Chile) Reducción del cobro por demanda (California) Alivio deTrabajadores congestions ante N-1 Personas (AEP TX) por cuenta propia
Naturales
Rampa de renovables y respuesta para frecuencia (Hawaii, Puerto Rico) Demás
Uso óptimo de plantas Diesel (Áreas aisladas, zonas remotas) Respuesta de demanda automatizada (PJM, ERCOT) Movilidad eléctrica (Trénes, vehículos eléctricos)
Tehachapi Storage Project (TSP) Objetivo:
Evaluar las capacidades de la tecnologia de baterias para sistemas de potencia para mejorar el desempeño del sistema y facilitar la integración de generación de fuentes de energía variable US Department of Energy (DOE) Tamaño: 8 MW/32 MWh Area ocupada: Edificio de 600 m2 24
Hace parte del Proyecto eólico Tehachapi con capacidad de 2,000 MW de Energía renovable
Integración con renovables Retos: ‒ ‒ ‒ ‒ ‒ ‒
Control de rampas Control de Frecuencia Limitación de generación Pronósticos Desplazamiento de carga Trabajadores Personas Congestion de Transmisión Naturales por cuenta propia
Soluciones de almacenamiento:
Demás
‒ Depende de la flexibilidad del parque de generación tradicional ‒ El dimensionamiento en Puerto Rico para manejo de rampas de Energía solar es del 30% de la capacidad instalada, con 15 minutos de duración. ‒ Incrementa el costo de las renovables en el 15%.
Metodología Alivio de Congestiones Ejemplo caso Atlántico
Sub área Atlántico Subestación 220 kV Subestación 110 kV Subestación 34.5 kV
Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
Almacenamiento de energía para alivio de congestiones Caso Atlántico: Congestiones en los circuitos de 110 kV.
RedPrincipalOri
13
ESPS
-2
ESPS
ESPS
Silencio 110 109.76 1.00 -22.01
Personas Naturales
Verifica Especifico
Centro - B1
lod CENTRO_1
0 0
Centro 110
2
El Rio 110
Union 34.5 Union 110/34.5
lod OASIS..
lod SILENCI3
Trabajadores por cuenta propia
lod MAGDALE3
ESPS-2
Oasis - B2
Centro - B2
10
lod EL_RIO_1
lod PIZA NO_3
Silencio 34.5 Oasis - B1
~ G
1
lod EL_RIO32
Oasis - Termoflores II 1 110
Oasis 110
Flores 220/110
~ G
El Rio 110/34.5
Riomar - B1 Riomar - B2
ESPS
Flores II 110 - B2
Flores IV2
Flores IV3
Flores 10 220/110
Flores4
El Rio 34_5
13
Oasis - Termoflores I 1 110
Flores II 110 - B1 Flores 4 450 2
lod EL_RIO_3 El Rio - Riomar 1 34.5
Magdalena 34.5
~ G
0
Flores IV1
lod RIOMA R_3
Las Flores 34.5
Termoflores 110
2
~ G
Flores 1 129 21
El Rio - Oasis 1 110
lod LFLORES3
Riomar 34_5
2
~ G
2
Las Flores 110
Flores I 110 - B1 Flores I 110 - B2
lod UNION..
0
GCM 220-110
ESPS
Union 110 lod CORDIAL1
Flores 220
0
Tebsa Gas 110 1
Tebsa Gas 110 2
~ G
~ G
0
111.93 1.02 -21.52
ESPS lod SALAMEC1
Sabanalarga 110
230.80 1.05 -20.10
11
10
10 2
Tebsa 220
Sabanalarga - Tebsa 1 220
2
2
2
Sabanalarga - Tebsa 3 220
G ~
G ~
G ~
Tebsa Gas 220 3
232.02 1.05 -21.76
Tebsa Gas 220 1
Sabanalarga 220
7
Sabana 1 220/110 kV
9
lod SABANA_7
lod SABANA_2
Nv Baranoa 110
Sabana 9 220/115
Sabanalarga - Tebsa 2 220
Tebsa Gas 220 2
Bolivar 66
Tebsa 1 220/110
Salamina EC 110
Tebsa 2 220/110
Tebsa 110
2
~ G
Tebsa Vapor 2
~ G
lod V TEJULI1
Malambo 110
lod NBARA ..
TEBSA 456 154
2 2
Tebsa Vapor 1
lod ACESCO_1
lod CCRECEM1
lod MALAMBO1
lod TEBSA..
Tebsa 3 214.5/110
lod JUANMIN1
ESPS
~ G
ESPS
~ G
Autog Unibol
Juan Mina 110
lod MALAMBO2
Nv Barranquilla 220
Cordialidad 110
Veinte Julio 110
lod NVABRRQ1
11
Brrquilla 3
Nv Brrquilla 11..
~ G Brrquilla 4
lod VTEJUL21
Brrquilla 0 0
lod NBARRAN7
230.50 1.05 -19.91
DIgSILENT
¿Es posible disminuir congestiones mediante inyección de potencia?
¿Cuáles son los puntos más efectivos para inyección de potencia? Demás ¿De que magnitud debe ser la inyección de potencia?
Almacenamiento de energía para alivio de congestiones Caso Atlántico: Congestiones en los circuitos de 110 kV. ¿Cómo escoger los mejores puntos para la inyección de potencia? Problema de optimización en el cual se modela la carga de los equipos en función de las inyecciones de potencia, para encontrar los puntos más eficientes. Del mismo modo da un indicio de la cantidad en MW necesaria para aliviar las sobrecargas. Factores de sensibilidad lineal: Power Transfer Distribution Factor (PTDF) 𝑃𝑙 Line Outage Distribution Factor (LODF): 𝑃i Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
Demás
Almacenamiento de energía para alivio de congestiones
Dimensionamiento de energía menor
Dimensionamiento de energía mayor
Menor número de ciclos de carga y descarga
Mayor número de ciclos de carga y descarga (uno al día)
Menores pérdidas de energía Mayores pérdidas de energía por eficiencia de los ciclos Trabajadores Personas por eficiencia por cuenta Naturales Menor espacio necesario para Mayor espacio necesario propia
su instalación
para su instalación
Menor costo de inversión y Mantenimiento (CAPEX y OPEX)
Mayor costoDemás de inversión y Mantenimiento (CAPEX y OPEX)
Operación algo compleja
Operación muy simple
Inyección para aplanar curva de carga
Inyección de potencia ante eventos
Modo de operación
Resultados Caso Atlántico
Subestación 110 kV MW Trabajadores por cuenta propia
Personas Naturales
El Río
20
Veinte de Julio
14
Centro
20
Demás
Resultados recientes caso extremo Atlántico Generacion GEN. FLORES IV MÍNIMO MÁXIMO GEN. TEBSA MÍNIMO MÁXIMO MÍNIMO MÁXIMO Almacenamiento requerido [MW] lod CENTRO_1 10 10 lod CORDIAL1 10 lod EL_RIO_1 8 10 6 lod EL_RIO_3 10 10 lod LFLORES3 10 10 lod MAGDALE3 10 10 Trabajadores Personas por cuenta lod OASIS__1 10 Naturales 10 propia lod RIOMAR_3 10 10 lod SILENCI3 10 10 Demás lod TEBSA__1 10 lod UNION__3 5 10 10 lod VTEJUL21 10 10 lod VTEJULI1 1 10 TOTAL 5 49 130 56 Flexibilidad 4% 45% 88% 58%
Flexibilidad Caso base: 1.50% Sin generación en Flores 1
FLEXIBILIDAD OPERATIVA ÁREA BARRANQUILLA • Periodo 15, año 2018 • CASO BASE – Sin Baterías
0
Operational margin for Flores I [MW] 20 40 60 80 100 105
FLEXIBILIDAD OPERATIVA ÁREA BARRANQUILLA • Periodo 15, año 2018 • 54 MW de baterías instaladas
0
Operational margin for Flores I [MW] 20 40 60 80 100 105
FLEXIBILIDAD OPERATIVA ÁREA BARRANQUILLA • Periodo 15, año 2018 • 130 MW de baterías instaladas
0
Operational margin for Flores I [MW] 20 40 60 80 100 105
RIESGOS - SOLUCIONES
1. Reducción de carga en riesgo ante contingencias 2. Flexibilidad de la generación de Tebsa y Flores 3. Reducción de restricciones – Generación de seguridad Trabajadores Personas por cuenta Naturales propia 4. Beneficios por regulación de frecuencia (AGC,…) Demás
CONCLUSIONES
1. Tecnología de almacenamiento esta madura y presenta crecimientos importantes en su uso. 2. Existen múltiples aplicaciones de almacenamiento en sistemas de potencia, que permiten aumentar la flexibilidad de la operación. Trabajadores Personas por cuenta Naturales permite optimizar el uso de 3. La incorporación de baterías propia los recursos de un sistema de potencia. Demás 4. Las baterías ofrecen una solución oportuna a las condiciones de riesgo de Atlántico.
