a. Generalidades
La carga total o
máxima en un sistema de potencia no es constante, además, puede ser variable a lo largo de un período de 24 horas, siendo capaz de alcanzar valores peak
distintos entre un día y otro.
Ejemplo de niveles de carga en un período de 24 horas
Períodos de alta demanda son aquellos que se observan en la zona más alta de la curva Potencia/Tiempo, muy cerca del límite superior del rango admisible de operación dentro de lo que un sistema eléctrico particular es capaz de soportar por debajo de los límites de transmisión.
La gestión de la demanda posee un potencial importante para contribuir a la flexibilidad del sistema. Se caracteriza por su capacidad de modificar su perfil de consumo ante señales operativas o económicas del operador, lo que ayudaría a la flexibilidad del sistema, por ejemplo, en periodos de puntas de demanda, lo que se podría evitar si los clientes decidieran postergar su consumo eléctrico, o en periodos de alta disponibilidad, es poder aumentar o adelantar consumos y evitar los recortes.
b. Importancia
de la flexibilidad durante Operación en Alta Demanda
Existen
varios aspectos que pueden ser abordados para estudiar su influencia en la
operación durante fases de alta demanda, así como también, sus distintos grados
de afectación. Cada uno de estos aspectos puede ser un tema de estudio, pero en
esta ocasión los revisaremos de forma general.
Ciertos
parámetros o atributos del parque de generación son esenciales para afrontar
las alzas en la demanda: rampas de subida y bajada rápidas, tiempos de partida
bajos, tiempos mínimos de operación flexibles y tiempos técnicos bajos. Estos
parámetros deben estar optimizados en el parque de generación, y muchas veces
son una de las principales dificultades que enfrentan los sistemas eléctricos
actuales. Diversas experiencias han buscado desde el retiro de plantas
inflexibles hasta la intervención y/o reacondicionamiento de las plantas, lo
cual es posible con distintos grados de profundidad y costos.
Dentro de diferentes referencias bibliográficas y documentales podemos encontrar una clasificación para las plantas de generación en relación a su forma de responder ante la demanda, bien sea considerando horas de operación, capacidad de regulación, incluso confiabilidad, y además es algo que cada operador de sistema eléctrico deberá tener claramente identificado y catalogado.
Tipos de Centrales
Centrales de
base son las destinadas a suministrar la
mayor parte de la energía eléctrica en servicio permanente, sin interrupciones
de funcionamiento de la instalación, estando en marcha durante largos períodos
de tiempo. Estas centrales son preferiblemente hidráulicas, de agua fluyente,
termoeléctricas convencionales, nucleares, en general de gran potencia.
Para entender un poco la relación con respecto a una curva de demanda normal, en la siguiente imagen se puede observar la forma de una curva de demanda diaria y los trazos que marcan la operación durante períodos punta, intermedia o base.
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Forma de la demanda y su comportamiento en diferentes períodos
En
función de cada sistema eléctrico, en determinados períodos de alta demanda el
operador deberá contar con claras estrategias para poder afrontar los
requerimientos que susciten, tanto las tendencias esperadas como los
imprevistos, ya que debe existir la opción de incorporar, retirar, o regular
equipos de generación para cubrir esos peaks que superen la carga base.
Referencia de combinación de tipos de centrales para
cubrir la demanda de un sistema
Para que un sistema de generación esté en capacidad de responder adecuadamente debe contar con buenos tiempos en toma de cargas y tiempos de partida, tiempos técnicos reducidos, y plantas en buen estado. Estos aspectos podrían hacer referencia casi en su totalidad a centrales térmicas. Además, tener un sistema de control actualizado para monitoreo de combustibles, proceso de combustión, sistemas de refrigeración, y en los casos más profundos, incluso agregando bypass de gases, almacenamiento térmico o calderas eléctricas. Todos estos aspectos en conjunto entregan un grado mayor de flexibilidad al consumir energía para generar calor y acumularlo, en momentos de exceso de demanda.
Se considera una necesidad constante la de mejorar ciertos parámetros operacionales del parque térmico en general, realizando una comparación con centrales europeas, se destaca la necesidad de optimizar los tiempos. Sobre los tiempos de partida se menciona el aporte que se logra al incluir parámetros de partida en caliente, fría y tibia (hot, warm and cold start-up). Al respecto, se debiese estudiar el tiempo de preparación de las centrales térmicas actuales, considerando los procesos que suelen incluirse en la programación de la operación del sistema, informando el estado de operación en (t=0). En general, se considera que invertir en mejoras de re-acondicionamiento en plantas térmicas convencionales actuales es más económico que invertir en nuevas plantas térmicas con mejor flexibilidad.
Mejorar aspectos de flexibilidad en las plantas permite a los agentes participar en servicios complementarios destinados a entregar reserva en distintas escalas de tiempo, tales como reserva primaria, reserva secundaria (AGC), reserva manual o terciaria.
Existen otras experiencias en las que los mercados de reserva han sido abiertos a las Energía Renovables, como viento y sol. Para que estas centrales participen y sean capaces de cumplir con los requerimientos de reserva impuestos por algún operador de sistemas, las empresas del sector deben ver los incentivos correctos para invertir en los equipos de electrónica de potencia que permiten que los generadores eólicos entreguen reserva primaria implementado inercia sintética en los aerogeneradores, o que las plantas solares fotovoltaicas entreguen servicio de reserva secundaria o rampas, para lo cual se requeriría su operación conjunta con baterías.
Es fundamental contar con pronósticos precisos, tanto de recursos renovables como de consumo, y que posean la capacidad de integrarse a los sistemas de despacho, actualizándose con resoluciones temporales cada vez mayores. Al respecto, se observa la necesidad de que los operadores realicen despachos en escalas de tiempos menores, planteándose incluso despachos reiterados cada 15 minutos en vez de una hora, que es la práctica usual. El objetivo de esto es que con mejores pronósticos y con una actualización más precisa en los despachos, se pueden distribuir de forma más eficiente las reservas del sistema, logrando así un mejor uso de los recursos de generación y permitiendo que plantas con tiempos de respuesta menores a una hora puedan también actuar como recursos de reserva. Por ejemplo, no es posible que una central eólica asegure servicio de regulación primaria por una hora, pero si podría hacerlo hasta unos 15 minutos dependiendo del rango de error de los pronósticos. Esta actualización de pronósticos y despachos además permitiría un mejor manejo de los recortes de energía renovable, solar o eólica, para lo cual es necesario que el parque térmico o hidráulico pueda también responder en estos tiempos. Al operador del sistema le corresponde trabajar cada vez más en su capacidad de administrar la potencia en despacho y en reserva, para evitar errores de previsión inherentes al servicio de mercados paralelos de energía.
La interconexión de los sistemas contribuye al desarrollo de los Sistemas Eléctricos de Potencia en múltiples formas, desde la mejora de la confiabilidad hasta el aumento del tamaño del mercado, reduciendo el poder de mercado y facilitando los balances y transferencias entre zonas. En un contexto de creciente participación de las energías renovables en los sistemas, el rol de la transmisión cuenta con varios puntos que se pueden destacar:
- Las interconexiones pueden proveer una alternativa económica a la generación convencional para efectos de cubrir desbalances entre zonas.
- Es
esencial una fuerte coordinación y cooperación entre regiones tanto en lo
relativo a la confiabilidad de los sistemas como al desarrollo y operación de
la infraestructura.
- La
escala y complejidad de la interconexión de grandes regiones requiere de
procesos de diseño y evaluación profundos y detallados, considerando tanto la
planificación de la transmisión como los análisis de la potencialidad y
características de los recursos de energía primaria.
- Los
procesos descritos en el punto anterior deben incluir la cuantificación de costos
y beneficios conjuntos en cada región a interconectar, involucrando a todos los
agentes del mercado: generadores, operadores, respuesta de la demanda y
consumos.
El rol de las redes de distribución asume gran relevancia; desde un rol pasivo, como canal unidireccional de distribución de electricidad al consumo, se transforman en redes de transmisión bidireccionales que llegan hasta el cliente. Así, la distribución enfrenta tres desafíos: integración de generación distribuida y nuevas tecnologías, promoción de la participación de los consumos en los mercados y finalmente constituirse en la interfaz entre el mercado mayorista y el consumidor. Todo lo anterior, contribuye a la fluidez del mercado para que pueda mejorar sus capacidades de adaptación, facilitando la integración nuevas formas de energía, ya sea a gran escala, o en forma distribuida.
En lo relativo al sector de transmisión, se menciona que el objetivo es disminuir o erradicar la existencia de congestiones en la red, que dificulten los balances y transferencias de energía entre zonas o regiones. Además, la red debe estar preparada para cambios frecuentes en la dirección de los flujos por las líneas, los que probablemente se acrecentarán a medida que se incorporen más sistemas de generación renovable variable.
Ejemplo
de Red Interconectada
Para lograr esto, la experiencia internacional menciona que se deben considerar efectos de flexibilidad en la expansión del sistema de transmisión, realizándose los refuerzos correspondientes en la red. Además, se considera el uso de sistemas tipo FACTS o enlaces HVDC que permitan aportar seguridad y confiabilidad a la red de transmisión ante altos niveles de penetración renovable.
Por otro lado, observando la experiencia en otros administradores de sistemas, las interconexiones regionales o internacionales presentan una forma altamente eficiente de manejar los recortes de energía renovable. En periodos de exceso de oferta, los excedentes se pueden exportar a sistemas vecinos, de acuerdo a las reglas de remuneración de cada mercado, lo que evitaría la perdida de este recurso. En periodos de baja disponibilidad de energía renovable, los enlaces permitirían importar energía al sistema, lo cual puede ser realizado con una rapidez mucho mayor a la respuesta de algunas plantas térmicas. En la literatura se mencionan mercados internacionales completos, en los que es posible no solo transar energía mediante excesos/déficit, sino además prestar servicios complementarios. Esto es un esquema ya en funcionamiento en Europa y USA, pero de difícil implementación en Latinoamérica, dado que depende no solo de aspectos técnicos o regulatorios, sino además de voluntades políticas.
Hoy en día existe una tendencia mundial en la que la mayoría de los países desarrollados o en vías de desarrollo buscan una mayor entrada de energía renovables, entre otros aspectos, por la disminución de emisiones globales que permiten cumplir las metas ambientales que eventualmente puedan ser fijadas en cada país. Se ha analizado que el ciclo al que se ve sometido el parque térmico atenúa la reducción de emisiones globales, pero aumenta la concentración de las emisiones locales. Esto último podría entrar en conflicto con alguna normativa ambiental de emisión local en alguna parte, restando flexibilidad al sistema.
En efecto, se ha mencionado que plantas térmicas flexibles requieren tener ciertos atributos como mínimos técnicos más bajos para lograr un mejor uso de los recursos renovables y tiempos de partida más rápidos para ajustar su operación al ciclo que impone la cada vez más anhelada fuentes de energías renovables. Lo anterior implica que las plantas tendrán un mayor número de horas en puntos de operación que no son los más eficientes ni los más bajos en concentración de emisiones, mientras que durante las partidas suelen utilizarse mezcla de combustibles que aportan una mayor emisión de gases.
Existen experiencias que aportan metodologías y herramientas que se deben realizar en las plantas térmicas para corregir estas limitaciones y lograr una operación flexible sin incurrir en mayores emisiones. Como medidas para mejorar estos modos de operación se menciona desde mejorar el control y monitoreo del proceso de combustión y estabilización de la llama, recambio con otros combustibles secundarios o de mejor calidad, hasta inversiones en equipos y cámaras de combustión optimizadas para operar a bajas cargas.
Los costos enfocados al comportamiento flexible de un sistema durante períodos de alta demanda, en general, por el lado de la generación, transmisión y almacenamiento son bastante dependientes de la realidad de cada sistema, y su implementación sujeta a los esquemas regulatorios y de mercado de cada país.
Ejemplo de cómo
atender la demanda con diferentes tipos de fuentes de energía representados por cada color
Los costos de
inversión son los que eventualmente podrían ser relativamente más altos, pero
al mismo tiempo son necesarios para que un sistema eléctrico pueda operar con
un grado de flexibilidad y confiabilidad aceptable durante de períodos de alta
demanda.
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