Planificacion de sistemas de potencia

2015 UNEXPO BARQUISIMETO ING. MSc. EDNA J. LÓPEZ R.

PLANIFICACIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS ELÉCTRICOS DE POTENCIA. UNIDAD I. FILOSOFÍA DE PLANIFICACIÓN FILOSOFÍA DE LA PLANIFICACIÓN

PLANIFICACIÓN DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA. UNIDAD I. FILOSOFÍA DE PLANIFICACIÓN

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SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA. Un sistema eléctrico de potencia es, según el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos IEEE, una red formada por unidades generadoras eléctricas, cargas y/o líneas de transmisión de potencia, incluyendo el equipo asociado, conectado eléctrica o mecánicamente a la red. Se subdivide en tres grandes etapas: a. Generación b. Transmisión c. Distribución

Cada una de estas etapas involucra a su vez, una extensa cantidad de instalaciones y componentes que hacen posible la integración efectiva de sistemas de suministro de energía eléctrica.

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GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA En la primera etapa, gracias a la explotación adecuada de diferentes fuentes primarias de energía, las plantas de generación o centrales eléctricas son las encargadas de producir la energía eléctrica. Dependiendo del recurso, las centrales eléctricas, se pueden clasificar en:

1. Centrales Hidroeléctricas Fueron las primeras centrales eléctricas que se construyeron. Una central hidroeléctrica es aquella en la que la energía potencial del agua almacenada en un embalse se transforma en la energía cinética necesaria para mover el rotor de un generador, y posteriormente transformarse en energía eléctrica. Por ese motivo, se llaman también centrales hidráulicas .

2. Central Térmica Una central térmica para producción de energía eléctrica, es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto para obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera. Las denominadas termoeléctricas clásicas son de: carbón, de fuel o gas natural. En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuel o gas natural se emplea para hacer la transformación del agua en vapor. Una central térmica clásica se compone de una caldera y de una turbina que mueve al generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental y en ella se produce la combustión del carbón, fuel o gas.

3. Centrales Nucleares Una central nuclear es una central térmica. La diferencia fundamental entre las centrales térmicas nucleares y las térmicas clásicas reside en la fuente energética utilizada. En las primeras, el uranio y en las segundas, la energía de los combustibles fósiles. Una central nuclear es, por tanto, una central térmica en la que actúa como caldera un reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones de fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.

4. Centrales Solares Una central solar es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica. ING. MSc. EDNA J. LÓPEZ R

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5. Centrales Eólicas Una central eólica es una instalación en donde la energía cinética del viento se puede transformar en energía mecánica de rotación. Para ello se instala una torre en cuya parte superior existe un rotor con múltiples palas, orientadas en la dirección del viento. Las palas o hélices giran alrededor de un eje horizontal que actúa sobre un generador de electricidad, Aerogeneradores.

6. Centrales Geotérmicas Una central geotérmica son unas instalaciones que aprovecha la energía geotérmica para producir energía eléctrica. Una central geotérmica no es nada más que una central térmica en la que la caldera ha sido reemplazada por el reservorio geotérmico y en la que la energía es suministrada por el calor de la Tierra, en vez del petróleo u otro combustible.

7. Central Mareomotriz La energía mareomotriz es la energía asociada a las mareas provocadas por la atracción gravitatoria del Sol y principalmente de la Luna.

8. Otros tipos de centrales eléctricas:  

Océano térmica: energía térmica de los mares Olamotriz: energía de las olas

Generalmente, las zonas donde se sitúan las centrales eléctricas no coinciden con los lugares en los que se consume la energía, por lo tanto, es necesario transportarla a través de miles de kilómetros de conductores de alta tensión; es por esta razón, que junto a toda central se encuentra una subestación, que se encarga de elevar el valor de la tensión de generación de 13.8 kV a un nivel de tensión de transmisión de 115 kV o 230 kV, para aprovechar los siguientes beneficios: 1.

2. 3. 4.

Para una potencia dada, al elevar el voltaje se reduce la magnitud de corriente de la carga y debido a esto, se reducen las pérdidas por efecto Joule. Al reducir la magnitud de corriente se reduce también el calibre de los conductores. Al reducir las pérdidas por efecto Joule en la línea de transmisión, se mejora la regulación de voltaje en la línea. La capacidad de transmisión de potencia de la línea aumenta debido a que es directamente proporcional al cuadrado del voltaje.


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TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA Una vez se ha elevado el nivel del voltaje, la segunda gran etapa es, la etapa de transmisión, conformada por líneas de transporte de energía eléctrica (líneas de alta tensión o simplemente líneas de transmisión), las cuales conforman el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión de energía eléctrica a grandes distancias. La etapa de transmisión es entonces, una red mallada compuesta por líneas y subestaciones de alta tensión. Al igual que las subestaciones que acompañan a las centrales eléctricas, existen subestaciones de transmisión o subestaciones de transformación, necesarias para el funcionamiento del sistema, pues conectan entre sí varias líneas, directamente, si son de la misma tensión o mediante transformadores, si son de tensiones diferentes. En la subestación se recoge toda la información relativa al funcionamiento de los equipos y elementos de la red y se envía a los centros de control para su correcta operación. Esta información es utilizada para mantener el sistema eléctrico bajo constante supervisión y control.

DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA. La tercera etapa, es la etapa de distribución, su objetivo principal es reducir el voltaje de transmisión a un voltaje de utilización de 24 kV, 13.8 kV o 4.6 kV; existen de forma similar a las etapas anteriores, subestaciones de distribución, construidas en función del crecimiento de la carga, es decir, deben estar ubicadas en los centros de carga de áreas urbanizadas para, de esta forma, asegurar la calidad y continuidad del servicio al usuario. Las subestaciones de distribución son alimentadas desde las subestaciones de transmisión; las líneas de interconexión están a 24 kV y no deben considerarse como de transmisión ni distribución; esta condición intermedia es conocida como subtransmisión. Finalmente la energía eléctrica es transportada desde las subestaciones de distribución hasta el consumidor o cliente. Si el cliente es de tipo industrial o comercial, se alimenta directamente a su subestación para reducir el nivel de tensión de acuerdo a sus necesidades. Si el consumidor es de tipo residencial, se utilizan transformadores de distribución para reducir aún más el nivel de tensión ING. MSc. EDNA J. LÓPEZ R

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a 240/208/120 V. A grandes rasgos, es de esta forma como funciona un sistema eléctrico de potencia. De lo anterior se puede observar que cada una de las etapas y sus componentes, cumplen funciones específicas y de gran importancia para el sistema, siendo todas y cada una dependientes entre sí.


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Los sistemas eléctricos de potencia deben operar de tal forma que el suministro de energía eléctrica sea garantizado en todo momento, es decir, debe ser capaz de generar, transportar y distribuir tanta potencia como sea requerida para abastecer la demanda en su totalidad. Sin embargo, la demanda varía de un instante a otro, convirtiendo a todo sistema eléctrico de potencia en un sistema dinámico. En operación normal, un aumento en la demanda implica que deben aumentarse los niveles de generación de energía, siempre y cuando las centrales generadoras estén en capacidad de hacerlo. De igual forma, si la demanda disminuye, es necesario disminuir los niveles de generación. En un sistema eléctrico de potencia, bien planificado, no debería existir un crecimiento desmesurado de la demanda, pero es inevitable que esta aumente y tenga una tendencia al crecimiento en el futuro, esto debido a aspectos socioeconómicos, como el crecimiento poblacional, el desarrollo de los países y la incorporación de nuevas tecnologías, etc. Cuando la demanda crece, es lógico pensar que si los sistemas no evolucionan, no tendrán la capacidad ni de generar ni de transportar tal potencia. Es por esta razón, que es necesario adelantarse a este problema y planificar de manera óptima los sistemas eléctricos de potencia. Pueden llevarse a cabo perfiles de cambio de la demanda a futuro, y de esta forma planificar la expansión tanto del sistema de generación como del sistema de transmisión y distribución.

PLANIFICACIÓN ELÉCTRICO)

DEL

SECTOR

ELÉCTRICO

(LEY

DEL

SERVICIO

Capítulo II De la planificación para la prestación del servicio eléctrico Po lític as , planificación y ordenamiento

Artículo 17. Corresponde al Ejecutivo Nacional, a través del Ministerio del Poder Popular con competencia en materia de energía eléctrica, la formulación de políticas, la planificación y el ordenamiento de las actividades del Sistema Eléctrico Nacional para la prestación del servicio, en los términos establecidos en el Plan de Desarrollo Económico y Social de la Nación, en el Plan Nacional de Ordenación del Territorio y en la política de integración energética. El Ministerio del Poder Popular con competencia en materia de energía eléctrica promoverá la participación de los trabajadores y trabajadoras, del operador y prestador del servicio, los usuarios, los municipios, las organizaciones del Poder Popular y las demás personas involucradas en el sector eléctrico nacional.

Desarrollo de áreas estratégicas y uso racional y eficiente de fuentes primarias Artículo 18. La planificación de las actividades del Sistema Eléctrico Nacional para la prestación del servicio, estimulará el desarrollo de áreas estratégicas y el uso racional y eficiente de las fuentes primarias de producción de energía ING. MSc. EDNA J. LÓPEZ R

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eléctrica, sin perjuicio de las áreas pobladas, agrícolas, forestales, mineras y bajo régimen de administración especial, conforme a los principios rectores, con sujeción a la presente Ley, su Reglamento y la legislación aplicable.

Información para la planificación Artículo 19. El Ministerio del Poder Popular con competencia en materia de energía eléctrica podrá solicitar a la Comisión Central de Planificación, o al órgano creado para tal fin, a los trabajadores y trabajadoras del operador y prestador del servicio, a los usuarios, a los municipios, a las organizaciones del Poder Popular, a las demás personas involucradas en el sector eléctrico nacional y a cualquier otro ente que considere necesario, la información para formular el Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional.

Formulación del Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional Artículo 20. El Ministerio del Poder Popular con competencia en materia de energía eléctrica es el órgano responsable de formular el Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional, oídas las opiniones de los trabajadores y trabajadoras, del operador y prestador del servicio, los usuarios, los municipios, las organizaciones del Poder Popular y las demás personas involucradas en el sector eléctrico nacional. Igualmente, determinará la duración del mismo, su período de revisión, hará su seguimiento y control, y tomará las medidas para asegurar su ejecución.

Contenido del Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional Artículo 21. El Plan de Desarrollo del Sistema Eléctrico Nacional se enmarcará en el Plan Nacional de Desarrollo Económico y Social de la Nación, en concordancia con los lineamientos de política económica, energética y ordenamiento territorial del Estado. Contendrá, al menos: 1. Políticas de desarrollo del sector, con especial atención a las áreas no servidas. 2. Estimación de la demanda eléctrica nacional. 3. Estrategias y proyectos para la expansión del Sistema Eléctrico Nacional. 4. Acciones orientadas a impulsar el uso de las fuentes alternativas de energía, renovables y ambientalmente sustentables. 5. El uso racional y eficiente de la energía eléctrica. 6. Las demás que el Ministerio del Poder Popular con competencia en materia de energía eléctrica considere necesarias.

PDSEN web.pdf


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PLANIFICACIÓN. DEFINICIÓN. Proceso de elección y selección entre cursos alternativos de acción, con vistas a la asignación de recursos escasos, con el fin de obtener objetivos específicos sobre la base de un diagnóstico preliminar que cubre todos los factores relevantes que pueden ser identificados. (O.N.U.)

Planificar significa anticipar el curso de acción que ha de adoptarse con la finalidad de alcanzar una situación deseada. (A. Oigman, A. Leibovitch, C. Boiteaux) La función principal de un planificador es conducir hacia el logro de determinados objetivos. En términos generales la conducción implica seleccionar fines (objetivos) deseables y razonables, definir los medios necesarios para alcanzar esos fines y la adopción de estrategias que permitan crear posibilidades y superar dificultades a lo largo del proceso. Implica, además, la articulación de esfuerzos y recursos disponibles en función de las actividades programadas y los objetivos previstos. Estas funciones que debe cumplir el planificador, que también podemos llamar "decisor", deben estar respaldadas por un proceso previo de reflexión y análisis. A este proceso de reflexión sistemática le damos el nombre de planificación.

La planificación es una herramienta de apoyo, ya que contribuye a mejorar la calidad de las decisiones. COMPLEJIDAD E INCERTIDUMBRE Los problemas simples y los problemas complejos tienen diferentes exigencias en lo que a planificación se refiere. Todo decisor enfrenta en realidad ambos tipos de problemas. En oportunidades se tiene que lidiar con problemas de funcionamiento, relativamente simples; fácilmente diagnosticables por los decisores. Siempre es posible a través de normas, procedimientos y adecuados mecanismos de control, reducirlos o erradicarlos. Sin embargo, los problemas realmente importantes, los que deben enfrentarse como un todo pertenecen, en su mayoría, a la categoría de problemas complejos. Son problemas que se generan en el sistema social, económico y político al cual pertenecen y dentro del cual funciona el sistema eléctrico mismo.

Complejidad e Incertidumbre

Mientras mayor sea la complejidad de los problemas, más complejo será el análisis de planificación.


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La incertidumbre está presente en la toma de decisiones y proviene de: El desconocimiento de las posibles acciones de otros decisores u otras organizaciones. El desconocimiento de eventos no controlables provenientes del entorno o escenario que envuelve al sistema.

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Este desconocimiento genera incertidumbre sobre las decisiones que deben emprenderse para alcanzar los objetivos: los resultados de sus decisiones serán acertadas o equivocadas dependiendo, en parte, de las decisiones que simultáneamente tomen otros decisores y de los sucesos o eventos incontrolables (previsibles o no) que ocurran en la realidad.


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El gráfico anterior ilustra el drama del decisor: toma decisiones para resolver el problema y obtiene un resultado diferente al que esperaba obtener; las decisiones de otras organizaciones y otros eventos en el entorno confluyen en la generación del resultado obtenido. En este caso la pregunta que debe resolver el decisor es: ¿Que decisiones tengo que tomar para reducir el impacto de las posibles interferencias externas y obtener resultados reales similares a los resultados esperados? La respuesta a esta pregunta apunta a la previsión.

Proceso, es decir, conjunto de fases sucesivas que consisten en la definición de objetivos a alcanzar, el diagnóstico del objeto planificado y la definición y evaluación de instrumentos capaces de transformar la realidad existente en otra más deseable y posible.

IMPORTANCIA DE LA PLANIFICACIÓN La planificación es esencial para el adecuado funcionamiento de cualquier organismo. A través de esta se prevén contingencias y cambios del futuro y se establecen medidas para afrontarlas. La planificación es importante porque:     

Reduce los niveles de incertidumbre que se pueden presentar en el futuro. Establece un sistema racional para la toma de decisiones. Reduce al mínimo los riesgos. Aprovecha al máximo las oportunidades. Optimiza el aprovechamiento del tiempo y los recursos en todos los niveles de la organización.


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OBJETIVOS DE LA PLANIFICACIÓN (SISTEMAS DE POTENCIA) Elaborar un plan de expansión que permita satisfacer la demanda futura de electricidad a costo mínimo y con un nivel adecuado de confiabilidad y calidad, respetando las disposiciones nacionales en materia energética, social, financiera y ambiental.

TIPOS DE PLANIFICACIÓN Estratégica: Establece los lineamientos generales de la planeación. La realizan los niveles altos de una organización. Consiste en determinar el rumbo de la organización, así como la obtención y uso de los medios para alcanzar los objetivos de la organización. Es a mediano y largo plazo y comprende toda la empresa. Táctica o Funcional: Establece planes más específicos que son subordinados a los planes estratégicos. Se elaboran en cada departamento por los gerentes de área. Son planes a corto y mediano plazo.


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Operativa: Se diseña y se rige de acuerdo con la planeación táctica. Se realiza en niveles operacionales. Su función es la formulación y asignación de actividades específicas que deberán ejecutar los trabajadores. Son planes a corto plazo.

ACTIVIDADES QUE INVOLUCRA EL PROCESO DE PLANIFICACIÓN (FASES O ETAPAS).   

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Identificación, priorización y explicación de problemas relevantes. Diseño de objetivos, metas y propuestas de acción: El diseño de planes. Análisis de viabilidad de las propuestas de acción.  Identificación y evaluación de restricciones (Impuestas por otros  decisores, la naturaleza o el entorno en general).  Propuestas para la creación de viabilidad. Toma de decisiones y ejecución de acciones. Evaluación del impacto de las decisiones y corrección de planes.

CRITERIOS DE PLANIFICACIÓN


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HORIZONTES DE LA PLANIFICACIÓN


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PLAN - PROGRAMA - PROYECTO - ACTIVIDAD - TAREA. EL PLAN Hace referencia a las directrices políticas fundamentales, a las prioridades que éstas establecen, a las estrategias de acción y al conjunto de medios e instrumentos que se van a utilizar para alcanzar las metas y objetivos definidos. El plan engloba, programas y pro yectos y básicamente se mide por parámetros técni co-políticos dentro del cual se enmarcan en los programas y proyectos. PROGRAMA:

Hace referencia, en sentido amplio, a un conjunto organizado, coherente e integrado de servicios o procesos expresados en un conjunto de proyectos relacionados o coordin ados entre sí y que son de similar naturaleza. El programa operacionaliza un


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plan mediante la realización de acciones orientadas a alcanzar metas y objetivos definidos para un período determinado. PROYECTO Representa un mayor grado de concreción y agrupa a un conjunto de actividades relacionadas y coordinadas entre sí en relación a la satisfacción de un problema o de una determinada necesidad. El proyecto es similar al programa, sin embargo; es en general menos complejo y de menor alcance, puede ser parte de un programa más amplio o también, un plan independiente de un sólo uso. ACTIVIDADES tanto los programas como los proyectos se concretan a través de un conjunto de actividades organizadas y articuladas entre sí para alcanzar las metas y objetivos específicos. Es el Medio de intervención sobre la realidad, mediante la realización secuencial e integrada de diversas acciones necesarias para alcanzar las metas y objetivos específicos de un proyecto. TAREA Es la acción que tiene el máximo grado de concreción y especificidad Un conjunto de tareas configuran una actividad .Un conjunto de tarea configuran una actividad entre las muchas que hay que realizar para concretar el proyecto.

PREGUNTAS BÁSICAS PARA ELABORAR UN PLAN


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MODELOS DE PLANIFICACIÓN


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CRITERIOS DE DISEÑO DEL SISTEMA DE POTENCIA DE CORPOELEC-LARA. Las tensiones en las barras del sistema deben mantener una variación máxima de ± 5 % del valor nominal para las condiciones normales de operación y ± 10 % para casos de emergencia. Las líneas de transmisión se cargan al 80% de su capacidad nominal en condiciones normales de operación y a 100 % en condiciones de emergencia. Para subestaciones con más de una unidad de transformación se maneja el concepto de capacidad firme (CF), el cual establece una sobrecarga de un 30% de las unidades de transformación, cuando sale de servicio una de ellas. El diseño del sistema se realiza considerando que bajo una contingencia simple (pérdida de una línea o un transformador), el sistema debe operar conforme a los criterios establecidos para las condiciones de emergencia. El nivel de corto circuito máximo permitido para las barras de 24 kV del Sistema de Distribución es de 400 MVA.

PROCESO DE PLANIFICACIÓN


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SIMULACIÓN Proceso mediante el cual se evalúa la demanda eléctrica pronosticada en el Sistema Eléctrico de Potencia, en condiciones normales de operación y bajo una contingencia simple.

PROCEDIMIENTO DE SIMULACIÓN

PLAN DE EXPANSIÓN


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El Plan de Expansión es un volumen que contiene la información de los requerimientos de obras y equipos para el sistema eléctrico de potencia, con el objeto de satisfacer de forma eficiente y con niveles normalizados de confiabilidad, el crecimiento de la demanda y consumo de energía para un período determinado de tiempo.


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