1 Alumna Vernica Crdenas Director Dr Jaime Cepeda

1 Alumna: Verónica Cárdenas Director: Dr. Jaime Cepeda “ANÁLISIS DE CONFIABILIDAD DE LA GENERACIÓN CONSIDERANDO EL INGRESO DE ENERGÍAS RENOVABLES NO CONVENCIONALES EN EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO DEL ECUADOR”

2 CONTENIDO Introducción Desarrollo de la Investigación Conceptos de Confiabilidad Metodología Global Modelos Estocásticos de Generación Nueva Metodología Aplicación al SIN Casos Simulados Resultados Conclusiones Contribuciones

3 CONTENIDO INTRODUCCIÓN

4 CENACE Centrales Eléctricas: • Paute • Agoyán, etc. CENACE CELEC EP TRANSELECTRI C Empresas de Distribución: • E. E. Q. S. A. • E. E. Ambato, etc. Usuario final

Trabaja cada día por iluminar a los ecuatorianos

SISTEMA ELÉCTRICO ECUATORIANO 6 Quito Demanda por Empresa Eléctrica E. E. GUAYAQUIL E. E. QUITO CNEL EMELGUR CNEL EMELMANABI CNEL EMELORO CNEL MILAGRO E. E. R. C. SUR E. E. AMBATO CNEL EMEPE CNEL EMELSAD CNEL EMELESA EMELNORTE ELEPCOSA CNEL EMERIOS E. E. R. SUR E. E. E RIOBAMBA CNEL EMELBO 0% 10% 20% 30% 40% PORCENTAJE DE DEMANDA Guayaquil

7 ENERGÍAS RENOVABLES HIDRÁULICA EÓLICA SOLAR USUARIO FINAL LÍNEAS DE TRANSMISIÓN Y DISTRIBUCIÓN

8 ENERGÍAS RENOVABLES

9 MOTIVACIÓN Fluctuaciones e intermitencias de las Energías Renovables no Convencional( ERNC) Desafios para el Operador Nacional de Electricidad (CENACE)

10 CONTENIDO DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN

11 HIPÓTESIS La definición de una metodología de análisis de confiabilidad de generación para el Sistema Nacional Interconectado ecuatoriano que considere el efecto de las fluctuaciones de energía causadas por la generación con energía renovable no convencional (eólica), permitirá determinar adecuados márgenes de reserva de generación convencional y sugerir criterios de planificación de la operación que aseguren el abastecimiento continuo de energía eléctrica.

12 OBJETIVO GENERAL Definir una metodología de análisis de confiabilidad y reserva rodante de los generadores eléctricos del Sistema Nacional Interconectado del Ecuador que permita compensar las posibles fluctuaciones de energía debidos al ingreso de generación proveniente de energías renovables no convencionales (ERNC).

13 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Investigar sobre la confiabilidad de sistemas de generación de energía. Analizar los modelos estocásticos de generación de energía eléctrica. Desarrollar una propuesta de metodología para la determinación de los modelos estocásticos de generación de energía eléctrica del Sistema Nacional Interconectado ecuatoriano. Estructurar la base de datos necesaria para analizar la Adecuación de Generación en formato Power. Factory de DIg. SILENT. Determinar la adecuación de generación del Sistema Nacional Interconectado ecuatoriano utilizando la herramienta Power. Factory de DIg. SILENT.

14 CONTENIDO CONFIABILIDAD

Confiabilidad del Sistema de Generación ? ? ? De acuerdo a la North American Electric Reliability Corporation (NERC) Adecuación Seguridad 15

16 Adecuación de la Energía del Sistema de Potencia

Cómo se evalúa la adecuación de generación del sistema de potencia ? 17

PÉRDIDA DE CARGA PROBABILIDAD DE PÉRDIDA DE CARGA – LOLP(%)- evalúa el número de días en que la carga del sistema es superior a la capacidad de generación disponible. NERC LOLP =0. 02% ESPERADA –LOLE- es el valor esperado del número de días u horas en un período de tiempo (1 año) en el cuál el pico de carga horaria exceda la capacidad disponible de generación. Índices de Adecuación de Generación NERC LOLE =0. 1 días/año 18

19 CONTENIDO METODOLOGÍA GLOBAL

20

21 CONTENIDO MODELOS ESTOCÁSTICOSNUEVA METODOLOGÍA PROPUESTA

MODELOS ESTOCÁSTICOS: DEFINICIONES: FUNCIÓN DE DENSIDAD DE PROBABILIDAD-FDP-: Es una función que asigna a cada suceso definido sobre la variable aleatoria, la probabilidad de que dicho suceso ocurra. CONVOLUCIÓN: (Teoría de Probabilidad) La suma de dos FDP de variables aleatorias independientes es la convolución de las mismas. Matemáticamente

23 NUEVA METODOLOGÍA PROPUESTA Simulación de Programación de Generación –SDDP (Centrales hidroeléctricas) 50 Series de Producción de Energía Mensual Determinación de las FDP para cada mes Datos históricos 2010 -2015 de la producción de energía (Centrales termoeléctricas) Valores de producción de Potencia Mensual

24 NUEVA METODOLOGÍA PROPUESTA Cálculo de la f. DCO MVMO Parámetros Óptimos XMi Es Central Es una Central Termoeléctrica Termoeléctric ? a ? No Parámetros Óptimos Sujeto a : S í Parámetros Óptimos

25 EJEMPLO MODELO ESTOCÁSTICO

26 EJEMPLO MODELO ESTOCÁSTICO Energía Disponible en punta (GWh) P(X) Función de densidad “promedio” de potencia disponible f. Mp para el año de análisis – Central Paute Función de densidad “promedio” f. M de producción de energía para el año de análisis – Central Paute Potencia Disponible en punta (MW)

27 CONTENIDO APLICACIÓN AL SNI ECUATORIANO

28 MODELACIÓN DE LA GENERACIÓN Potencia MW dic-15 Nueva Generación 1882 Total Hidroeléctrica 2316 Termoeléctrica 2018 Biomasa 67. 5 Renovables 16. 5 Total 4418 1882 4198 6300 ítem Demanda pico Total Anual Generación Convencional *(H+T+B) Generación Eólica Generación Total P (MW) 4130 6283. 5 16. 5 6300

HERRAMIENTAS DIg. SILENT Power. Factory Herramienta “Generation Adequacy” • Evaluar la confiabilidad del SNI ecuatoriano • Índices de confiabilidad: Probabilidad de Pérdida de Carga (LOLP) y Esperanza de Perdida de Carga (LOLE) • Reserva de energía 29

GENERATION ADEQUACY- Estados de disponibilidad de un generador 30 Estados de generación Disponibilidad de generación (en % de la producción máxima). Probabilidad de ocurrencia (en % y la suma es igual al 100%).

31 MODELACIÓN DEL PARQUE EÓLICO Curva de Distribución Weibull Curva de Potencia de los aerogeneradores k factor de forma= 1. 9705 c factor de escala=11. 21 Fuente: Análisis del Recurso Eólico mediante la Transformada Wavelet con Aplicación a la Estimación de la Producción Eléctrica en Aerogeneradores

32 MODELACIÓN DE LA CARGA Curva de carga pico diaria en el año Curva de duración de carga anual

33 CONTENIDO CASOS SIMULADOS

34 CASOS SIMULADOS CASO BASE: Escenario con la generación actual y planificada en el plan de expansión (año 2016). CASO 1: Ingreso de 200 MW de energía eólica que sustituirán a generación térmica existente en el SNI. CASO 2: Ingreso de 500 MW de energía eólica que sustituirán a generación térmica existente en el SNI. CASO 3: Ingreso de 800 MW de energía eólica que sustituirán a generación térmica existente en el SNI.

35 CONTENIDO RESULTADOS

36 CASO BASE Disponibilidad de Generación y Demanda Reserva Total del Sistema

37 CASO BASE Reserva de generación y cálculo del LOLP

38 CASO 3 Disponibilidad de Generación y Demanda Reserva Total del Sistema

39 CASO 3 Reserva de generación y cálculo del LOLP

40 CASO 3 Disponibilidad de generación eólica Caso 3

41 RESUMEN RESULTADOS

42 RESUMEN RESULTADOS 700 500 LOLP % Reserva (MW) 600 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 Potencia eólica (MW) 600 700 800 900 Potencia eólica (MW)

43 RESUMEN RESULTADOS Reserva (%) versus LOLP (%) 16. 1 14. 1 Reserva % 12. 1 10. 1 8. 1 6. 1 4. 1 2. 1 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 LOLP % 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9

MÁXIMA GENERACIÓN EÓLICA EN EL SNI ECUATORIANO LOLP (%) versus Potencia eólica (MW) 44

MÁXIMA GENERACIÓN EÓLICA EN EL SNI ECUATORIANO 45

46 CONTENIDO CONCLUSIONE S

47 CONCLUSIONES Si bien la metodología propuesta se aplicó para el análisis de la generación eólica, también puede ser aplicada para otros tipos de ERNC, por ejemplo la energía fotovoltaica, la misma que no fue considerada debido a que el estudio se lo efectuó para el período de la demanda punta donde ya no se dispone del recurso solar. La probabilidad de pérdida de carga (LOLP) del Sistema Nacional Interconectado ecuatoriano en el escenario base es de 0. 013%, el mismo que está dentro del rango recomendado por la NERC (aproximadamente 0. 02%), y adicionalmente tiene un porcentaje de reserva aproximadamente del 14 %.

48 CONCLUSIONES El trabajo desarrollado evidencia que el ingreso de energías renovables no convencionales tienen un impacto negativo en el índice de confiabilidad de la probabilidad de pérdida de carga (LOLP), cuando excede ciertos valores donde este indicador se alejan del sugerido por la NERC (aproximadamente 0. 02%). La energía eólica permitida por el Sistema Nacional Interconectado ecuatoriano, sin necesidad de respaldo de generación, está aproximadamente alrededor de 120 MW, ya que con esta potencia el LOLP estaría dentro del rango sugerido por la NERC (0. 02%) o en su defecto cercano al LOLP del SNI del CASO BASE (0. 013%).

49 CONCLUSIONES El comportamiento de la reserva con respecto al ingreso de generación eólica tiene un comportamiento lineal y son inversamente proporcionales. Tomando como referencia la probabilidad de pérdida de carga LOLP de la NERC (0. 02%), a medida que se incrementa el ingreso de generación eólica, el sistema debe gestionar el incremento respectivo de la reserva de potencia, de manera que el sistema sea confiable. Aplicando la metodología propuesta en esta tesis y verificando las simulaciones obtenidas con la herramienta Generation Adequacy del programa Power. Factory de DIg. SILENT se cumplió con la hipótesis planteada en la sección 1. 5. 1

50 CONTENIDO CONTRIBUCIONES

51 CONTRIBUCIONES Presenta una nueva metodología para la caracterización probabilística de la producción de energía y disponibilidad de potencia de una central de generación. Es decir, se determinan los modelos estocásticos de las centrales de generación. La función de distribución de probabilidad “promedio” de energía y potencia disponible, obtenida mediante la convolución de funciones de distribución de probabilidad y la optimización de la misma, proporciona gran información para el planificador del sistema con respecto a los posibles comportamientos de la central de generación. Análisis de confiabilidad de la generación (adecuación) del sistema de potencia, utilizando la herramienta de Generation Adequacy del programa Power. Factory de DIg. SILENT, lo que permitirá calcular márgenes de reserva probabilísticos del sistema, probabilidad de pérdida de carga (LOLP), así como también contar con una herramienta de decisión para el planificador

52 CONTRIBUCIONES Mediante la metodología propuesta se ha podido definir un método práctico para determinar el máximo ingreso de energía eólica (que puede ser usada para cualquier otro tipo de ERNC), así como para determinar el valor de reserva crítico del sistema. Estos valores consideran el comportamiento estocástico del recurso energético. El análisis considera el comportamiento estocástico del Sistema Nacional Interconectado ecuatoriano, utilizando los métodos de Monte Carlo los cuales son una clase de algoritmos computacionales que se basan en el muestreo aleatorio repetido para calcular sus resultados.

53 CONTRIBUCIONES Publicación de dos papers científicos en la Revista Técnica “energía” de CENACE en los años 2015 y 2016, titulados como “Análisis de Confiabilidad de la Generación Considerando el Ingreso de Energías Renovables No Convencionales en los Sistemas de Potencia” y “Determinación de los modelos estocásticos de generación de las centrales del Sistema Nacional Interconectado”, respectivamente.

54