Smart Grids-Net Metering

Departamento de Ingeniera Elctrica

Universidad de la frontera

Temuco, Chile

Smart Grids / Net Metering

martes, 01 de julio de 2014

Contenido Introduccin .................................................................................................................................. 3

Estado del arte del tema ................................................................................................................ 4

Desarrollo actual en la industria ..................................................................................................... 5

Avances y desarrollos ..................................................................................................................... 8

Net Metering/Smart Grid en el mundo ....................................................................................... 8

Desarrollos por concretar ........................................................................................................... 9

Problemas con los Smart Meter (Medidores Inteligentes) ...................................................... 9

Desafos de Infraestructura en la Red Elctrica ......................................................................... 10

Flujos de energa e inyeccin de pequeos generadores ...................................................... 10

Regulacin de frecuencia y voltaje........................................................................................ 10

Capacidad en las lneas ......................................................................................................... 11

Legislacin ............................................................................................................................... 11

Ley N 20.571 Net Metering .............................................................................................. 11

Reglamento la Ley N 20.571................................................................................................ 12

Boletn No. 8.999-08 ............................................................................................................ 12

Nivel de Penetracin generacin distribuida ............................................................................ 12

Conclusiones ................................................................................................................................ 15

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Operacin de Sistemas de Distribucin Smart Grids/Net Metering

Introduccin A medida que las redes elctricas comenzaron a crecer, su control empez a

complejizarse por las distancias que deba recorrer y la mayor cantidad de clientes que

deba satisfacer, todo esto adems acarrea el problema de la eficiencia del propio sistema

debido a las prdidas inherentes al transporte y distribucin. Por lo tanto, es importante

precisar nuevas y mejores infraestructuras y tecnologas elctricas, este planteamiento se

convierte en fundamental si se pretende adems explotar el gran potencial de los diferentes

recursos renovables existentes en nuestro pas y, por supuesto, permitir que esto se refleje

en una transicin rpida a la implementacin y economa que las energas renovables

representa. Por tanto, fuentes de generacin renovable e infraestructura evolucionada son

esenciales para la integracin de aqullas.

La irrupcin de las energas renovables ha cambiado notablemente los flujos de

energa en la red elctrica convirtiendo a esta en bidireccional, ahora los usuarios no solo

consumen, sino que tambin pueden producen electricidad a travs de la misma red (flujo

de energa bidireccional). Este modelo, ha comenzado a cambiar en los ltimos aos, al ir

introduciendo inteligencia en los diferentes niveles del sistema elctrico.

Por tanto, surge la Smart Grid (SG), trmino traducible como red de energa

elctrica inteligente, ya que utiliza la Tecnologa de la Informacin y la Comunicacin

(TIC) para intentar optimizar la produccin y la distribucin de electricidad, con el fin de

equilibrar mejor la oferta y la demanda entre productores y consumidores.

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Estado del arte del tema A medida que las redes comenzaron a crecer por los motivos ya comentados,

empez a ser muy complejo su control, adems de ser ineficientes debido a las prdidas,

esto ha comenzado a cambiar en los ltimos aos, al ir introduciendo inteligencia en los

diferentes niveles del sistema elctrico, comenzando por el transporte, en los ltimos aos

en la distribucin, y aunque en menor medida, recientemente en las proximidades al

consumo final. De esta manera surge la SG (Smart Grid), trmino traducible por red de

energa elctrica inteligente, ya que utiliza la TIC para intentar optimizar la produccin y la

distribucin de electricidad con el fin de equilibrar mejor la oferta y la demanda entre

productores y consumidores.

Uno de los elementos base, y que se tratar ms adelante, de las SG es el medidor

electrnico (SM), ya que permitir una telemedida de las curvas de carga, y posibilitar una

facturacin detallada de los consumos, y en un futuro, la facturacin por franjas horarias,

permitiendo a los consumidores no solo el elegir las mejores tarifas de entre las diferentes

empresas comercializadoras, sino tambin discernir entre las horas de consumo, lo que

permitira un mejor uso de la red. Este sistema tambin permitira tratar de igualar con ms

precisin el consumo con la generacin, y anticipar mejor las necesidades futuras a nivel

local.

La irrupcin de las energas renovables en el panorama energtico ha cambiado

notablemente los flujos de energa en la red elctrica, ahora los usuarios no slo consumen

sino que tambin producen electricidad a travs de la misma red. Por tanto, el flujo de

energa es ahora bidireccional, siendo otra caracterstica fundamental de las SG.

Imagen 1. Ilustracin Net Metering para Pequeos Generadores.

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Como se aprecia en la Imagen N 1, Las redes elctricas transportan la energa

desde los centros de produccin a los centros de consumo, sin embargo este consumo a la

vez es un pequeo generador de energa ya sean paneles fotovoltaicos, pequeas

cogeneraciones, generadores elicos etc., esta energa mediante un inversor la inyectamos a

la red que ser registrado por un medidor electrnico.

Las nuevas redes sern capaces de absorber y controlar eficientemente el aporte de

numerosos pequeos productores claro que complejizando la red.

Desarrollo actual en la industria

Imagen 2. Diagrama Red Actual vs Red Inteligente.

Hoy en da, en el pas no hay avances a mediana o gran escala en el estudio o

implementacin de redes inteligentes, sin embargo, existen actualmente pequeas

iniciativas que van en busca de la familiarizacin del concepto por parte de la poblacin y

adems sirven de avance en la investigacin para una futura conversin del sistema.

Dentro de estos avances se destacan cuatro, que son los de mayor impacto, en

primer lugar la implementacin de 200 medidores inteligentes por parte de la compaa

Chilectra en la comuna de Santiago. Este proyecto busca probar el funcionamiento de esta

nueva tecnologa y su acople a la red actual, adems de entregar un estudio sobre la

respuesta de los usuarios a estos nuevos medidores, en conjunto con la promocin de la

eficiencia energtica. En este punto, podemos valorar su beneficio como primer paso hacia

una modernizacin de la medida 12 de la demanda, y adems se puede ver de los datos

entregados por Chilectra que existe en la poblacin un inters en usar eficientemente la

energa, por lo que se infiere que existe la motivacin base en el pas para comenzar a

desarrollar nuevas medidas en busca de un sistema ms eficiente y mejor operado.

A continuacin se presenta el plan actual de redes inteligentes de chilectra. Dentro

del cual se contempla:

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o 115 mil clientes residenciales (82 mil clientes en edificios y urbanizaciones, 11 mil

clientes con solucin area antihurto).

o 1.700 grandes clientes industriales y comerciales.

o 2 estaciones de carga para vehculos elctricos.

o Desarrollo de los Smart meters.

Dentro del plan de redes inteligentes se contempla la automatizacin de las redes

elctricas inteligentes donde se pretende abordar

o Monitoreo de las lneas de alta tensin donde las variables de inters son la

temperatura, la velocidad y direccin del viento.

o Monitoreo en subestaciones de enlace en estas se monitorea los gases presentes en

el aceite de los autotransformadores para as lograr prevenir posibles fallas.

o Monitoreo online de temperatura en redes subterrneas mediante fibra ptica.

o Telecontrol de la red de media de media tensin y desarrollo de piloto de red-

autoconfigurable.

o Monitoreo de transformadores de distribucin.

El objetivo final de la automatizacin de redes es lograr mejorar la calidad de

servicio ya que con esto se agiliza el tiempo de respuesta a eventos y entrega la posibilidad

de anticipar las fallas. A dems se logra una utilizacin eficiente de los activos.

Imagen 3. Plan de Chilectra para Redes Inteligentes.

Finalmente el plan de desarrollo de chilectra contempla un apoyo al desarrollo del

transporte elctrico.

o Primera estacin de carga rpida en Latinoamrica (asociacin con Petrobras y

Marubeni).

o Convenio de colaboracin con los fabricantes de autos.

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o Estacin de carga lenta en edificio residencial y edificio corporativo.

o Potencialidad en transporte pblico.

Todo esto con apuntando a la reduccin en un 75 % de emisiones de por vehculo.

Los otros dos avances son micro redes inteligentes en comunidades pequeas que

presentan problemas tanto de abastecimiento, como de sustentabilidad en su sistema

elctrico. Una de estas comunidades es Romeral en la cuarta regin, en esta comuna se

implementara una red auto sustentada en base principalmente a energa solar y elica, con

el complemento de un generador convencional y un banco de bateras, la cual ser

manejada por la misma comunidad con el apoyo de profesionales del rea energtica.

Tambin est el proyecto de Magallanes, el cual es ms ambicioso que el de

Romeral en el sentido de la cantidad de mejoras que busca implementar en funcin de

convertirse en una pequea Smart Grid. En s, se busca generar mejoras en todos los

mbitos del sector energtico de la zona: en la comercializacin y diversificacin, se busca

dar un mayor dinamismo y propiciar la entrada de nuevos actores al mercado y tambin de

distintas energas como la elica y biomasa; regulatoriamente, se flexibilizarn los

esquemas tarifarios, para que estos respondan tambin a los cambios en los consumos; en el

mbito de la gestin de la informacin, se utilizarn medidores inteligentes y se crear una

red informtica dinmica, actualizada y transparente para conocer sacarle provecho a los

datos medidos; por ltimo, el proyecto tambin busca una mejora en los hbitos de

consumo tanto residencial, como industrial.

Por ltimo la distribuidora Chilquinta ha firmado un convenio de colaboracin con

General Electric para el desarrollo de la red inteligente y se est trabajando en el proyecto

piloto, donde se estn realizando estudios para testear todas las tecnologas que existen

disponibles, para poder as determinar cul mdulo de tecnologa es posible implementar en

su sistema elctrico. Aun no existe un una ubicacin fsica para el plan piloto.

En resumen, son medidas pequeas, pero de gran importancia para un estudio

preliminar y anlisis de la respuesta de distintos sectores del pas ante diversas

modificaciones que trae consigo la implementacin de una red inteligente, y adems van en

funcin imponer el tema en la agenda nacional, para que la poblacin comience a conocer

el futuro de las redes elctricas y as se acerque su posible llegada al pas.

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Avances y desarrollos

Net Metering/Smart Grid en el mundo o En general en pases desarrollados, existe la posibilidad de autogenerarse energa

elctrica y de inyectar los excedentes, esto es Europa y Estados Unidos

principalmente, aunque es una tecnologa relativamente nueva y est en pleno

desarrollo para el resto del mundo.

o A la vez, la mayor parte de las instalaciones de generacin de clientes particulares,

corresponden a instalaciones fotovoltaicas y en menor medida tambin pequeos

aerogeneradores.

Imagen 4. Nivel Inversin Proyectado a Nivel Mundial.

En la imagen N4 se ejemplifica que en todo el mundo y en cada regin los gastos

por redes inteligentes se van a incrementar de aqu al 2020, con lo que corroboramos que

este tema a pesar de ser algo nuevo va en alza y es de inters para los pases y gobiernos.

Hoy en da, varios pases europeos adems de Estados Unidos estn avanzando

fuertemente en la implementacin de Smart Grid a gran escala. Dentro de los pases que

ms han avanzado en este propsito est Alemania, Inglaterra y Dinamarca.

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Imagen 5. Sustitucin de medidores inteligentes.

En la imagen N5 muestra como a avanzando en el mundo el cambio de medidores

unidireccionales a medidores inteligentes (bidireccionales), siendo Estados Unidos y los

pases de Europa los que llevan la delantera.

Desarrollos por concretar

Problemas con los Smart Meter (Medidores Inteligentes)

Seguridad

Proteccin ante hackers o personas que intenten alterar las mediciones, proteccin antes

virus informticos que puedan hacer caer el sistema.

Seguridad de la Infraestructura

Est demostrado que un virus computacional potencialmente puede causar daos

fsicos a la computadora que lo alberga, esto tambin corre para los Medidores Inteligentes,

por lo que el riesgo es real y debe ser considerado.

Privacidad del Usuario

El objetivo de los medidores inteligentes es calcular la factura de consumo y

optimizar la distribucin, pero los datos recolectados pueden ser usados para fines

indeseados ya que en cierta medida describen el comportamiento de los usuarios que

poseen el medidor y tambin los electrodomsticos que posee.

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Desafos de Infraestructura en la Red Elctrica

Esta es otra dificultad a la cual se enfrentan las redes inteligentes a nivel global, al

ser un concepto relativamente nuevo, gran parte de la infraestructura de las redes elctricas

tanto de transmisin como de distribucin no est construida para cumplir las utilidades que

requiere de ella una Smart Grid.

En este sentido, los principales requisitos que deben cumplir las redes para poder

implementar un sistema inteligente en ellas son: capacidad de transmitir flujos en ambos

sentidos, poder recibir inyecciones pequeas desde los hogares, mantener la frecuencia y el

voltaje segn lo estipulado en la norma en estas nuevas condiciones de operacin, tener la

capacidad necesaria para recibir la energa disponible en distintos sectores y poder

transmitirla al resto del pas sin que se produzcan desacoples, entre otros.

En Chile, debido a la antigedad de las redes y a que la construccin de las redes

ms nuevas no se ha realizado con una visin de largo plazo, estas problemticas son

determinantes a la hora de pensar en la implementacin de la Smart Grid, es por esto que se

puede decir que esta es la principal limitante en un posible inicio de la red inteligente. A

continuacin se explican en profundidad las limitantes:

Flujos de energa e inyeccin de pequeos generadores

Las redes actuales estn programadas para ser usadas en un sentido unidireccional

energticamente y con muy pocos elementos activos o de inyeccin de energa, contra un

gran nmero de receptores de esta energa o cargas, las cuales tienen un rol completamente

pasivo. Por este motivo, tanto las lneas como sus sistemas de control y proteccin no

cumpliran con las especificaciones necesarias para recibir flujos bidireccionales, ni tienen

forma de incluir las pequeas generaciones en la operacin del sistema.

Regulacin de frecuencia y voltaje

Al aumentar drsticamente la cantidad de generadores que se conecten al sistema, y

aumentar la cantidad de estos que sean en base a ENRC, se produce el gran desafo de

poder acoplar todas estas inyecciones al sistema, sin que este vare en forma drstica sus

condiciones nominales de operacin. En este sentido los servicios complementarios tienen

un rol clave en la estabilizacin del sistema, por lo que el principal desafo es seguir

avanzando en la tecnologa de los elementos que entregan dichos servicios, para asegurar

un funcionamiento estable y seguro de la red.

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Capacidad en las lneas

Esta problemtica ya est presente en nuestro sistema y es vital solucionarla antes

de pensar en Smart Grids. Hoy en da casi la totalidad de las lneas de alta tensin son de

220 kV, voltaje que pone limitantes al pensar en la potencia que pueden llevar estas lneas.

La principal consecuencia de este problema la podemos ver en el norte de chile, lugar con

un gran potencial de instalacin de plantas de ERNC, pero que sin embargo se ven

limitadas por la capacidad de las lneas. El problema en s, es que al coparse las lneas se

producira un desacople, lo cual impedira transmitir la energa renovable con sus

respectivas bajas en los precios nudo al resto del sistema, crendose precios aislados muy

bajos en el sector de la generacin, y se mantendran altos en los otros sectores de la red. Lo

anterior, hace que el negocio para las empresas generadoras en este sector no sea rentable y

por ende se limita la entrada de ERNC a la matriz energtica.

El origen del problema est en la planificacin de la transmisin, la cual se ha hecho

a corto y mediano plazo en el pas, situacin en la cual no se aprecia realmente qu tipo de

lnea es ms eficiente de instalar. Al implementar una generacin distribuida, las lneas de

transmisin podran sufrir el mismo conflicto ya explicado, por lo que, es necesario una

mejor planificacin de todas las extensiones de red desde hoy y una renovacin en la

infraestructura actual de modo tal que toda la energa disponible pueda ser utilizada por el

sistema.

Legislacin

Ley N 20.571 Net Metering

Probablemente la iniciativa ms concreta que se ha impulsado en el pas hacia el

concepto de las redes inteligentes es la ley de Net Metering aprobada en Marzo 2012 por el

Ministerio de Energa (Ley 20.571). sta regula el pago de las tarifas elctricas de las

generadoras residenciales, funcionando como una herramienta legal que incentiva a los

pequeos medios de generacin distribuidos en base a energas renovables no

convencionales (ERNC). Esta ley est incluida dentro de la conocida Ley General de

Servicios Elctricos, e incluye cuatro artculos nuevos, que establecen legalmente el

derecho de los consumidores a generar energa elctrica mediante ERNC e inyectar los

excedentes a la red de distribucin. Estas inyecciones debern ser valorizadas al mismo

precio que las empresas de distribucin venden su energa a los clientes conforme a los

precios regulados fijos por decreto.

El pago al cliente se realizar a travs de un descuento en la factura del mes, y si el

cliente eventualmente generara ms de lo que consume, entonces este descuento se traslada

al mes siguiente 10 (ajustado segn el IPC); en caso de que no pueda ser descontado al mes

siguiente o en facturas futuras, el monto debe ser pagado de todas maneras al cliente. Para

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poder obtener una correcta remuneracin de la inyeccin se hace necesaria la utilizacin de

un medidor bidireccional capaz de registrar las inyecciones a la red.

Para poder optar a esta regulacin se debe cumplir con las siguientes caractersticas.

o Solamente mediantes fuentes ERNC y cogeneracin.

o Capacidad mxima 100 KW.

o Las obras adicionales a la red necesarias para la conexin del equipo necesario para

la generacin, son a cargo del cliente.

o La energa inyectada a la red es valorizada de acuerdo al precio Generacin-

Transporte.

Para conectar los medios de generacin, los equipos de generacin deben estar

debidamente certificados, para ello la SEC implementara y autorizara a laboratorios de

ensayo y Organismos de Certificacin habilitados para realizar la certificacin del equipo.

Existir un listado confeccionado por la SEC donde se indicaran los equipos que estn

certificados y que estn en norma para ser instalados.

Reglamento la Ley N 20.571

Para la correcta operacin de la ley, se requiere un reglamento que la haga viable, en

este reglamento se regula como deben ser las instalaciones. Dado que este reglamento an

no ha sido promulgado la ley an no est operativa.

Boletn No. 8.999-08

Publicado el 19 de julio de 2013, este boletn modifica pequeos aspectos de la Ley

No. 20.571. Primeramente, se reemplaza la capacidad mxima de 100 kW para generadores

a 300 kW. Adems se agrega la siguiente oracin al final del segundo artculo de la Ley:

La energa generada por los clientes BT1 menores a 10 kW deber ser cancelada por el

distribuidor al mismo precio que la empresa distribuidora le cobra a dicho generador

residencial por consumir electricidad, debiendo ser cancelada en forma mensual, semestral

o anual, segn se acuerde entre cliente y distribuidor.

Por ltimo, se menciona que si se deben realizar cambios a la red de distribucin, la

inversin econmica que conlleven esos reforzamientos deben ser financiadas con cargo al

VAD.

Nivel de Penetracin generacin distribuida El aporte a la red en porcentaje de generacin distribuida, con relacin a la total

entre todas las fuentes de energa elctrica, tiene un lmite debido fundamentalmente a su

dependencia climatolgica y a los limites horarios donde se puede generar electricidad por

ejemplo la energa que solo genera durante el da, lo que define un nivel mximo de

penetracin de la energa fotovoltaica (FV) en trminos de potencia y de energa elctrica.

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A continuacin se presenta una grfica donde se muestra los niveles de penetracin

en diversos pases esto se obtuvo en el estudio Estandarizacin de las lneas de

distribucin y de segmentacin para la regulacin de la generacin distribuida realizado en

el 2013.

Imagen 6. Nivel de penetracin de Generacin Distribuida en el Mundo.

Es interesante analizar como varan las perdidas elctricas en distribucin a medida

que se aumenta el nivel de penetracin.

A continuacin se presenta un estudio en un alimentador en baja tensin, ubicado en

un sector rural de la empresa distribuidora CONAFE.

Imagen 7. Prdidas en alimentadores por nivel de penetracin en distribuidora CONAFE.

El mismo estudio realizado en un alimentador residencial de la empresa de

distribucin Chilectra:

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Imagen 8. Prdidas en alimentadores por nivel de penetracin en distribuidora Chilectra.

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Conclusiones o En el mundo existen ejemplos de Redes Inteligentes a gran escala sobretodo en

pases como Alemania, Inglaterra y Dinamarca, actualmente en Chile solo se han

desarrollado proyectos pilotos.

o Las redes inteligentes y los medidores inteligentes son una realidad mundial, que

estn siendo impulsadas fuertemente por los gobiernos mediante polticas

energticas y medioambientales.

o En temas legislativos pese a que en el ao 2012 se aprob la ley 20.571 que regula

el Net/Metering al da de hoy an no existe un reglamento tcnico que haga viable

la ley, por lo que no est operativa.

o Una desventaja de la generacin distribuida es que al aumentar el porcentaje de

penetracin se incrementa los niveles de prdida, esto queda demostrado en los

estudios realizados por Chilectra y CONAFE.

o Actualmente los medidores inteligentes presentan problemas tcnicos que no han

sido solucionados, adems de tener un costo demasiado alto en comparacin a los

medidores unidireccionales, estos ltimos cuestan aproximadamente $50.000 y los

medidores inteligentes un par de millones de pesos, lo que hace ms difcil su

implementacin.

o Las nuevas redes inteligentes suponen la modernizacin de las redes elctricas que

representan ms eficiencia en las lneas pues las perdidas disminuyen esto se debe a

que la produccin ser cada vez ms cercana a los usuarios que la consumen, lo que

a su vez radica en menos emisiones. Adems mejoramos la calidad de suministro y

servicio.

o Finalmente podemos apreciar los mltiples beneficios que nos otorgan las redes

inteligentes tanto para los consumidores que obtienen informacin de consumo,

precios horarios, tarifas flexibles, mayor facilidad en los cambios de los contrato,

una mejora en los tiempos de atencin ante cortes, y un aumento en el potencial

productor de energa. Tambin las distribuidoras se ven beneficiadas ya que mejora

la calidad tcnica y comercial, obtiene una mejor eficiencia en sus costos

operacionales y un mejor uso de sus activos.

o Y por otro lado el aporte para el pas que mejora su eficiencia energtica y

reduccin de CO2, ingreso de la Generacin Distribuida con energas limpias,

adems de un posicionamiento y liderazgo tecnolgico.

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