flexibilidad del sistema interconectado nacional para la
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56° Reunión de Altos Ejecutivos de la CIERNoviembre de 2021
Flexibilidad del SistemaInterconectado Nacional
para la Transición Energética
Jaime Alejandro Zapata Uribe, - Gerente CND
La transición a energías limpias requiere un cambio estructural
en los sistemas energéticos del mundo.
La electrificación verde es fundamental para la descarbonización.
Como actores relevantes del sector, debemos continuar promoviendo
una integración confiable, oportuna y sostenible de las
nuevas tecnologías al servicio de la sociedad.
Emisionesacumuladas de dióxidode carbono (CO,). Representanla suma total de las emisiones deCO, producidas combustiblesfósiles y cemento desde 1751, yse mide en toneladas. https://ourworldindata.org/
para 2030.Neutralidad climática en 2050.
55% EU
Neutralidad climática en 2060
para el 2030.Lograr la carbono neutralidad en el 2050.
51%
COLOMBIA
EEUU
para el 2030.Neutralidad climática en 2050.
50%
No Data 0 T >400 Billones TT50 Millones T500 Millones 5 Billones T 50 Billones T 100 Billones T 250 Billones T
El objetivo está definidoEvitar aumento de temperatura mediante reducción emisiones
Emisiones acumuladas dedióxido de carbono (CO).Representan la suma total delas emisiones de CO,producidas combustiblesfósiles y cemento desde 1751,y se mide en toneladas. https://ourworldindata.org/
Y en la transición energética…
3 Ds Usuarios Adaptación TransformaciónSistema energéticomás competitivo,eficiente y resiliente: energías renovables noconvencionales yadopción denuevas tecnologías
Democratización, participación, educación: nuevos modelos de negocio, nuevas tecnologías, inclusión
Agilidad, excelencia, simplicidad, corresponsabilidad: desarrollo de capacidades para enfrentar un mundo cambiante
Innovación, creatividad, proactividad: es necesario pensar fuera de lo común y hacer las cosas diferentes
Colombia tiene dos objetivos claros:1. Alcanzar la carbono neutralidad en 20502. Reducir el 51% de emisiones a 2030
Hemos visto la pandemia
del Covid19, más que un
paréntesis, como un
acelerador de cambios.
Fuente: DNV - Energy transition outlook 2020
Units: EJ/yr
1980
1990
2000
2010
2020
2030
2040
2050
No se puede lograrel cero neto para
2050 sin el apoyosostenido y la
participación de los ciudadanos.
La pandemia ha aumentado la
conciencia general de la efectividad
de los cambios de comportamiento.
La crisis demostró quelas personas pueden realizar cambios de comportamiento a
una velocidad y escala significativa si
entienden que loscambios están
justificados.
Los cambios de comportamiento juegan
un papel importante en la reducción de la demanda
de energía y las emisiones, especialmente
en sectores donde lasopciones técnicas para
reducir las emisiones son limitadas en 2050.
Si bien son los ciudadanos y las empresas los que
modifican su comportamiento, los
cambios en su mayoría son habilitados por las políticas e inversiones
realizadas por los
gobiernos.
Innovaciónytransformación enelsector eléctrico
Demanda de energía mundial con y sin Covid-19
AmbientalInnovaciónDesarrollo Articulación
Valor sostenible
Intensificar la digitalización y la seguridad de la informaciónde procesos.
Cumplir estándares en la
operación y administración del mercado.
Establecer alianzaspara mejorar
competitividad y desarrollar
capacidades.
Lograr eficienciasen nuestros procesos.
Ser un actor clave y habilitar la
transición energética.
Promover eficiencia
energética en el sector eléctrico.
Habilitar capacidades
organizacionales.
Y nuestra estrategia enmarcada en la transición
Es así como apalancamos la transición energética en 3 principales aspectos:
Sistema energético más competitivo,eficiente y resiliente: energías renovables noconvencionales yadopción de nuevas tecnologías.
Criterios operativos: complemento de criterios como confiabilidad, resiliencia, flexibilidad, economía.
Sistemas inteligentes y seguros: servicios digitales ágiles y simples, a la vanguardia, apalancando la integración de nuevas tecnologías.
Transformación
Adaptación
Digitalización
Los sistemas eléctricos están transitando por la mayor transformación de su historia:Descarbonización – Descentralización – Digitalización
Generación
Transporte
Demanda
Integración de fuentes renovables no convencionales y recursos energéticos distribuidos.
Expansión de la red de transmisión.
Recuperación económica y crecimientos de acuerdo a los procesos de electrificación.
1. Transformación
Una matriz más diversa con participación importante de FERNC.La capacidad efectiva neta esperada es de 28.3 GW. El 68% (7212 MW) de los proyectos se conectará en el
STN, el 22% (2297 MW) en el STR y el 11% (1140 MW) en el SDL. Con recursos energéticos complementarios y tecnologías suficientes para respaldar condiciones críticas.
Así vamos y así nos vemos
Tenemos una matriz de generación limpia con Capacidad instalada de 17.6 GW.En condiciones normales, la demanda se atiende 80% con hidroelectricidad y 20% con térmica.Alta vulnerabilidad por dependencia de las lluvias.
Actualmente
Solar 6,018 MW
Eólica2,531 MW
Térmica 599 MW
Hidráulica1,499 MW
Proyectos con garantías de acuerdo con la Res. CREG 075 2021Actualización 25/10/2021. Fecha máxima entrada 31/10/2026
A 2026
Hidráulica11945 MW, 68%
Térmica5333 MW, 31.1%
Eólica18 MW, 0.1%
Solar135 MW, 0.8%
Hidráulica, 13445, 48%
Térmica, 6076, 21%
Solar, 6153, 22%
Eólica, 2550, 9%
2021
2024La red como eje habilitadorSe tienen planeados refuerzossignificativos de la red de transporte,es necesario en todo nivel.
A 2024 se espera incrementar en un47% el número de subestaciones y en88% los km. de la red de 500 kV.
La expansión es necesaria paraintegrar la nueva generación y aliviarlas restricciones.
Se está trabajando en la interconexiónCAN y se tiene prevista lainterconexión con Panamá.
La transición energética
Sistema energético más competitivo,eficiente y resiliente: energías renovables noconvencionales yadopción de nuevas tecnologías.
Criterios operativos: complemento de criterios como confiabilidad, resiliencia, flexibilidad, economía.
Sistemas inteligentes y seguros: servicios digitales ágiles y simples, a la vanguardia, apalancando la integración de nuevas tecnologías.
Transformación
Adaptación
Digitalización
Se debe evolucionar en la forma como operamos el sistema por:1. Incremento en variabilidad e incertidumbre, reducción inercia.2. Cambio climático: nuevos riesgos.
Confiabilidad ResilienciaFlexibilidadGarantizar la suficiencia
en el suministro con seguridad, teniendo en
cuenta eventos probables.
Capacidad de anticiparse, prepararse, adaptarse, soportar y responder a
eventos de baja probabilidad y alto impacto.
Capacidad de balancear la carga y la generación en todas las escalas y horizontes de tiempo.
2. Adaptación
Y la flexibilidad
impacta
01BalancePotencia activa vs demanda: Reservas.
RampasDemanda neta: Rampas de subida y bajada.
DinámicaEstabilidad de frecuencia: Inercia.
DespachoCiclaje de unidades: Unidades flexibles.
SuficienciaSuficiencia Expansión generación y transmisión.
02030405
Análisis integral de la flexibilidad
Demanda Neta = Demanda total – Generación FERNC
Suficienciaenergética
¿Cómo se atiendela demanda del
Sistema?
Suficienciatransporte
¿Cómo se transporta la
energía?
Flexibilidadde potencia
¿Cómo se atiendela demanda neta?
Seguridad¿Cómo respondeel Sistema ante
fallas?
Principios para la suficiencia energética
Principio 1. MétricasEs necesario complementar lasmétricas actuales dando la señal de laduración, ubicación y el momento delos déficits de capacidad.
Principio 2. CronologíaLas operaciones cronológicas debenmodelarse a través de varios añosclimáticos para representarcorrelaciones.
1. Operación cronológica: operación de plantas térmicas, almacenamiento, gestión de la demanda...
2. Eventos correlacionados: impactos del clima, fallas de elementos…
Principio 3. BalanceNo existe la capacidad perfectadesde que los recursos tienenlimitaciones basadas en ladependencia del clima, restriccionesde flexibilidad y puntos comunes defalla por la concentración de laubicación de los recursos.
Principio 4. DemandaLa demanda es cada vez más flexible, sensible a los precios e inteligente.
Principio 5. Interconexiones
La orientación predominante hacia la autosuficiencia puede conducir a una sobreconstrucción de capacidad potencialmente costosa.
Nuevos enfoques: principales factores impulsadores
La realidad del transporte
Nuevos enfoquesEn un futuro carbono neutral senecesitarán grandes cantidades deenergía eólica, solar y dealmacenamiento en diferentes lugares,y la transmisión será fundamentalpara garantizar que la energía limpia yasequible se pueda entregar desdedonde se produce hasta donde senecesita.
Retrasos
Se necesita desarrollar nueva transmisión para
aprovechar el recurso primario de la generación. En su mayoría,
factores sociales y ambientales han
retrasado los proyectos.
Uso
Cada vez es más complejo construir grandes
proyectos de transmisión por lo que se debe
maximizar el uso de las redes.
Tecnologías
Es fundamental aprovechar las
nuevas tecnologías como
los FACTS distribuidos, SVCs, STATCOMs, etc. para maximizar el uso de las redes
existentes.
Se debe evolucionar en la forma como operamos el sistema por:1. Incremento en variabilidad e incertidumbre, reducción inercia2. Cambio climático: nuevos riesgos
Confiabilidad ResilienciaFlexibilidadGarantizar la suficiencia
en el suministro con seguridad, teniendo en
cuenta eventos probables.
Capacidad de anticiparse, prepararse, adaptarse, soportar y responder a
eventos de baja probabilidad y alto
impacto.
Capacidad de balancear la carga y la generación en todas las escalas y horizontes de tiempo.
2. Adaptación
Resiliencia: todo es sobre sostenibilidad
Los estudios de resiliencia + confiabilidad permiten anticipar, prepararse y adaptarse a las diferentes amenazas que pueden revelar
vulnerabilidades en el sistema eléctrico.
La resiliencia mide la capacidad de anticipar, prepararse y adaptarse rápidamente a las condiciones cambiantes y de soportar, responder y recuperarse de
eventos de baja probabilidad y alto impacto.
Robustez
Post-evento
Recuperación infraestructuraRecuperación
operativa
Corto plazo
Niv
el re
silie
ncia
Tiempo
Largo plazo
Resiliencia Confiabilidad
Y la resiliencia no sólo es de la operación, también en el mercado
Resiliencia (la capacidad de resistir y recuperarse de eventos) se aplica a los mercados de energía en al menos dos dimensiones:
A la persistencia del mecanismo del mercado para continuar funcionando durante condiciones anormales, mantiene relaciones contractuales y mecanismos de mercado que promueven el funcionamiento físico continuo y el retorno a la normalidad a través de transacciones que pueden liquidarse ex post, si es necesario.
A que el propio operador del mercado esté sujeto a eventos de mercado que puedan dañar o detener su funcionamiento. Hace referencia a fortalezas o debilidades del operador del mercado para lidiar con imperfecciones en el mercado o acciones de los participantes que pueden exponerlo a responsabilidades financieras.
1.
2.
La transición energética
Sistema energético más competitivo,eficiente y resiliente: energías renovables noconvencionales yadopción de nuevas tecnologías.
Criterios operativos: complemento de criterios como confiabilidad, resiliencia, flexibilidad, economía.
Sistemas inteligentes y seguros: servicios digitales ágiles y simples, a la vanguardia, apalancando la integración de nuevas tecnologías.
Transformación
Adaptación
Digitalización
“El trabajo del futuro” se convierte en la “nueva forma de trabajo”Aprovechar las oportunidades o mitigar los riesgos asociados a las tecnologías Digitales. Aceleración del mapa de ruta de Ciberseguridad.Priorización de las iniciativas soportadas en Transformación Digital.
ConocimientoComunidadConstruir una comunidad de
energía eléctrica e inteligencia artificial: unir estos sectores es
clave para aprovechar sinergias
DatosRecopilación, conservación, intercambio y desarrollo de
soluciones de datos: la disponibilidad de datos es un factor clave para facilitar la adopción de
soluciones digitales.
Experiencia en IA y digitalización: los expertos de la energía eléctrica desarrollen y
profundicen su experiencia con metodologías de ciencia de datos e inteligencia artificial
3. Digitalización
Marco conceptual para la digitalización
Descripción
Intensificar la digitalización de
procesos y la seguridad de la información e incorporarla en
nuevas ofertas de valor.
Beneficios
Eficiencia y agilidad:
reduciendo tareas operativas y re-
enfocando recursos para desarrollo.
Mejoramiento en experiencia para
clientes.
¿Qué necesita y de quién?
Transformación cultural, nuevo talento digital /
agilismo.Iniciativas de las
personas.Modelo simplificado
evaluación costo/beneficio.
Estrategia
Gestión de aliadosOptimización
Portafolio Aplicativos -
AnalíticaDesarrollo de
personas y LíderesPrograma Integral de Ciberseguridad.
ProyectosActualizaciones y evaluación completa deflexibilidad por potencia y seguridadconsiderando, nuevo portafolio deproyectos y que las unidades renovablesno convencionales pueden cubrirseguridad, tanto en el soporte de tensionescomo en el límite de intercambio.
Nuevas reglasA medida que se definan nuevas restricciones o reglasde operación (caudal ambiental, regla de operación decentrales, etc.)➔ actualizar el estudio, impacto.
El diseño del mercado a corto plazo debe permitir laintegración eficiente y completa de nuevastecnologías para valorar la flexibilidad.
Explorar diferentes mecanismos de mercado quepermitan ajustar las condiciones a medida que seacerca el tiempo real de forma eficiente y económica.
Es necesario integrar a la demanda de forma activa enlas diferentes instancias del mercado.
DERSe considera necesario estudiarel impacto de los recursosenergéticos distribuidos (DER)en la demanda y su posibleparticipación en la prestación deservicios complementarios.
ResilienciaSe deben integrar estudios como este a futurosestudios de resiliencia para evaluar laflexibilidad del sistema ante eventos de bajaprobabilidad y alto impacto
¿Qué sigue en flexibilidad de operación y mercado?
¿Y qué sigue como sector?Comunidades digitalesIdentificar, desarrollar y escalar la adopciónde tecnologías que respaldan las redes dehogares y edificios que interactúan con lared eléctrica para optimizar la eficienciaenergética, el cambio de carga y el uso defuentes renovables.
Operación inteligenteAutomatizar tareas y operaciones medianteinteligencia artificial para reducir los costosdel sistema, mejorar la flexibilidad yresiliencia del sector, preservar la vida útil delos activos y facilitar la integración de nuevastecnologías al sistema.
CiberseguridadOperar sistemas que se basan en un panoramacada vez más digital e interconectado.
Además, estructurar una red digital comorespaldo de la transición
ResilienciaAdoptar tecnologías que puedenayudar a predecir el clima, lascondiciones de riesgo y lascondiciones de la red para minimizarlas interrupciones no planificadas ycontrolar de manera inteligente elflujo de energía para minimizar elimpacto de tales eventos en elfuturo.
Impacto ambientalUtilizar la tecnología para reducirrápidamente las emisiones decarbono: operación, transporte,construcción sostenible, etc.
Fuente: https://www.aeh2.org/hidrogeno/
La captura, uso y almacenamiento de carbono (CCUS) ayuda a la reducción de emisiones de activos existentes, la producción dehidrógeno y elimina CO2 de la atmósfera.
Carbon Capture Usage and Storage
En el largo plazoCCUS y H2
1.
2.
3.
El hidrógeno verde permitirá aprovechar los excesos de energíarenovable, permitirá optimizar el sector energético del país ycomplementar el proceso de descarbonización en aquellos sectoresdonde la electricidad no es viable.
Es necesario planear y operar el sector energético de formacoordinada para garantizar soluciones sostenibles y económicas.
La transiciónenergética ya no
es tema de pocos, nos involucra a
todos.
Usuario como eje de la transición.
Educación y desarrollo de capacidades.
Hasta ahora, el SIN cuenta con la flexibilidad requerida para habilitar la transición
Continuar preparando la operación para integrar nuevas tecnologías
Desarrollar mecanismos de mercado que complementen la operación
Integración y convergencia de tecnologías: IA, ciberseguridad, analítica, etc.
Garantizar la puesta en operación oportuna de los proyectos
Y para lograr estos objetivos
Desde el sector eléctrico estamos liderando una gran alianza:
2. Reducir el 51% de emisiones a 2030 (ODS)1. Alcanzar la carbono neutralidad en 2050 (COP21)
TransformaciónAbordaje integral en XM Tecnología
Integración y desarrollo de herramientas
Alianzas
Referenciamientos, mejores prácticas y certificación
Cambio de paradigmas
Aprender y desaprender
Regulación
Propuestas regulatorias
Personas
Transformación cultural
Procesos
• Nuevos procesos y equipos de trabajo
Se realizan simulaciones estocásticas para estudiar cómo se atenderá la demanda futura con los proyectos de expansión* considerando diferentes escenarios hídricos, validando que se atienda toda la demanda y cuantificando los vertimientos.
Flexibilidad por energía
*Proyectos con OEF y CLPE
En todas las simulaciones se
atiende la demanda en su
totalidad.
Se observa un comportamiento confiable en las
reservas del sistema.
Por la naturaleza del sistema, se
encuentran vertimientos ante
altos aportes.
Las FERNC compiten con la generación
convencional y complementan la
generación hidráulica en meses de verano.
89.1%
8.8%2.1%
78.7%
10.0%11.2%
2021 2026
Atención de la demanda Generación FERNC
2021 2026
96.8%
3.2%83.3%
hidro térmica FERNC solar eólica
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2021-2022 2022-2023 2023-2024 2024-2025
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Térmica promedio Verano
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USD
/MW
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Costo marginal promedio
Es indispensable la integración oportunade los proyectos Candelaria y Tesorito.
*Los costos marginales no incluyen CEE ni Fazni
Ante el atraso o la salida de Hidroituango, se observa una alta exigencia para el parque termoeléctrico en condiciones de hidrología deficitaria a partir del
verano 2022-2023.
Se incrementa el promedio de lageneración térmica en el verano y el costomarginal del sistema a partir del verano2022-2023.
Al final del horizonte, la máximageneración térmica en el caso sin Ituango,es 36% mayor que la del caso base y11% mayor que el caso con atraso.
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Embalse Agregado del SIN %
Base: Todos los proyectos según su FPO. Colectora 2024.
Atraso Ituango: Caso base + dos años de atraso en las fechas del proyecto Ituango.
Salida Ituango: Caso base + No se considera el proyecto en todo el horizonte.
Sensibilidades
Se hacen simulaciones de múltiples escenarios degeneración para identificar posibles congestionesde la red, tanto en estado estacionario o antecontingencias, para recomendar acciones quepermitan garantizar la seguridad en la operación.
Unidades por seguridad
Lím
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e im
port
ació
n
1600 MW
10.5 Uni
2400 MW
1.5 Uni
Área CaribeA 2024
Hoy 1. 2.
Aproximadamente 6 GW de nueva generación se espera que se integre en el área Caribe de aquí a 2024. Se observan escenarios donde Caribe
exporta energía al interior.
Con la expansión se incrementa el límite de exportación de 1700 MW a 2600 MW y no se observan atrapamientos de generación. Se incrementa el límite de importación del
área y se reducen las unidades por seguridad.
Flexibilidad por transporte
Expansión STN - STR
A nivel del STN, se cuenta con la flexibilidad necesaria para integrar los proyectos de generación identificados.
Al analizar el comportamiento del STR, se encuentran restricciones para integrar generación (independiente de la tecnología) en
algunos nodos del sistema ya que se podrían originar congestiones en áreas como Antioquia, GCM, CQR, Nordeste y Oriental.
Es necesario coordinar la expansión en todos los niveles de tensión para
habilitar la integración de generación y evitar o reducir las restricciones.
Tecnología informaciónBig data, aplicaciones digitales ygestión de datos de medidores.
Tecnología operacionesUnidades de medida sincrofasorial(PMU) y subestaciones inteligentes,dispositivos electrónicos.
Tecnología comunicacionesBanda ancha por líneas eléctricas y redes de radio frencuencia paraservicios públicos.
Tecnlogías emergentesDER, almacenamiento,power-to-X.
Tecnlogías de consumoSistemas de gestión de energía enel hogar y vehículos eléctricos.
01.
02.
03.
04.
05.
Se requiere desarrollar competencias del personal operativo para adoptar y mantener los cambios tecnológicos que están transformando rápidamente la red eléctrica.Este cambio requiere que el personal operativo aprenda nuevas habilidades. Estotambién requiere que el personal de tecnología de la información comprenda mejor losrequisitos de operaciones. Hype Cycle for Digital Grid Transformation Technologies, 2020. Gartner
Además, estructurar una red digital como respaldo de la transiciónConvergencia de tecnologías
¿Cómo estamos y para dónde vamos?Asesoría para establecer el estado de madurez de XM para evaluar la resiliencia del sistemaeléctrico Colombiano y obtener recomendaciones sobre cómo debemos ajustar nuestrosprocesos y desarrollar metodologías teniendo en cuenta las mejores prácticas internacionales.
Evaluación Metodología Mapa de ruta
Asesoría experta en temas que todavía están en desarrollo a nivel mundial.
Valor del proyecto
Metodología para determinar capacidades y establecer mapa de ruta.
Visión sectorial.
Propender por un sistema más robustopara enfrentar eventos de alto impacto ybaja probabilidad.
Operar el sistema de manera flexibledurante el evento para mantener elservicio.
Recuperar rápidamente operacionesnormales o casi normales.
Adoptar las mejores prácticas anteexperiencias.
1.
2.
3.
Identificaracciones
Dominios del TRMM
Esquemas de comunicación
Gestión cadenas de suministro
Gestión transporte
Comunidades
Gestión de equipos
Gestión programas resiliencia
Respuesta y recuperación ante eventos
Conciencia situacional
Identificación, Evaluación y Gestión
de RiesgosGestión de riesgos
Minimizar el impacto
Planes
Monitorear
Analizar
Comunicar
ANTES DESPUÉS EVENTO
Procedimientos
Tecnología
Gobernanza EstrategiaGestión activos
Compartir información
Coordinación sectorial
Proveedores
Personal
Activos
Combustible
Planes respuesta
Nuestro reto en XMSer un actor clave en la transformación del sector y fortalecer la
sostenibilidad y el crecimiento del negocio.
1.
2.
3.
Definición de nuestra ambición digital.
Definición de énfasis.
Definición de brecha digital.
Apalancarnos en una cultura yuna organización orientadas agenerar la mejor experienciaa sus clientes y nuevosmodelos de negocio, conbase en servicios digitaleságiles y simples para lograrun crecimiento responsable,sostenible y rentable delnegocio.
1.
2.
3.
Mejorar experiencia cliente.
Agilidad y simplicidad.
Nuevos productos y modelos,
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