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Integración de la Generación Eólica en la Red Eléctrica de Chile

16.07.20041/23


Jens Bömer

Estudiante de IntercambioUniversidad de Chile / Universidad de Dortmund

16 de Julio de 2004


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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)


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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


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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


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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


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3. Clasificación de Generadores Eólicos (III)

Formularios para el Usuario


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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


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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


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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


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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


Apropiado Apropiado Muy Apropiado

Generador con Inversor


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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


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


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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


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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

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