Alta penetración eólica en los Sistemas Eléctricos Chilenos.

A lo largo del informe se ha revisado el impacto que tienen en los sistemas eléctricos el tener una alta penetración eólica en ellos y como ha sido la experiencia de diversos países en su integración. Los sistemas chilenos presentan ciertas características que pueden aumentar este impacto y nueva infraestructura puede ser necesaria.

El principal impacto de una alta integración viene de la variabilidad del recurso viento y de la incapacidad de seguimiento de carga de las turbinas eólicas. Al respecto en nuestro país se han realizado muy pocos estudios sobre la calidad del viento durante un año, potencia posible a extraer, potenciales eólicos presentes en el territorio, efectos de los cambios climáticos, etc. por lo que no es posible inferir como seria el comportamiento de la energía eólica entregada.

La operación de los sistemas eléctricos está a cargo de entidades independientes conformadas por los actores del sector eléctrico. Estos operadores independientes se conocen como Centros de Descacho Económicos de Carga (CDEC) y son los que velan por la seguridad del suministro. El CDEC utiliza un sistema de operación de tarificación marginalista preocupándose de operar de manera segura y lo más económica posible las unidades generadoras existentes. El pre-despacho se hace el día anterior a la operación.

Actualmente la normativa vigente en Chile no tiene regulaciones específicas en el caso de generación eólica en términos de habilidad de sobrellevar contingencias (fallas), capacidades de regulación, comportamiento ante desviaciones de frecuencia, etc. La implementación de normas en los sistemas con alta penetración ha sido de manera paulatina y respondiendo a las características únicas de cada uno de ellos

Se analizó como el uso de las nuevas tecnologías en turbinas eólicas son útiles para minimizar el impacto negativo de la integración de energía eólica en el sistema. Dado que actualmente tenemos una muy baja penetración del viento puede ser extremadamente útil exigir la instalación a futuro de turbinas modernas con capacidad de funcionamiento a velocidad variable, control de la potencia activa, control del factor de potencia, que permanezcan conectadas ante fallas; de esta manera es posible evitar algunos costos en infraestructura como el uso de SVCs y STATCOMs y disminuiremos la variabilidad de la generación por viento.

Otro aspecto importante corresponde a la distribución espacial de las centrales eólicas. Como ya se vio mientras más repartidas dentro del territorio se encuentren las turbinas eólicas más suave es la variabilidad de generación conjunta. Sin embargo al revisar los proyectos eólicos que cuentan con aprobación de sus estudios de impacto ambiental, estos se encuentran concentrados principalmente en la IV región. Dado este caso probable de concentración de recursos nos podemos encontrar en un caso similar al de Nueva Zelanda donde la generación de viento puede cambiar abruptamente comprometiendo la estabilidad del sistema.

Puesto que una mayor integración eólica necesitara de una gran cantidad de servicios complementarios y reservas operativas es necesario implementar un mercado de ancillary services. De este modo se entregan incentivos para que más centrales de regulación ingresen en el mercado eléctrico y permite entrega a los involucrados incentivos de eficiencia de modo de optimizar la operación.

Por último es necesario destacar que al instalar centrales eólicas no es necesario introducir nuevas centrales convencionales de respaldo a las primeras, a menos de encontrarse ante el muy extraño evento de que el sistema tenga una muy baja capacidad de regulación. Como ya se reviso las turbinas eólicas permiten aumentar la confiabilidad del sistema entregando cierta potencia firme, que a pesar de ser mucho más baja que la capacidad nominal instalada, no es cero. Por esto los planes de expansión deben considerar esto de modo que el respaldo de potencia firme se mantenga.

 

Integración en el SIC

El Sistema Interconectado Central (SIC) alimenta al 92% de la población chilena. Corresponde a un sistema Hidrotérmico con aproximadamente un 37% de generación hidráulica y un 63% de generación térmica. (Ver Anexo B)

 

1.- Sistemas de Transmisión

El sistema de transmisión del SIC consiste principalmente en una línea troncal que cruza el territorio de norte a sur. Esta línea fue diseñada para traer la generación desde el sur hacia los centros de consumo. Por esta razón podemos considerar que el flujo neto de potencia a través de ella es en dirección sur a norte. Esto presenta un problema para la conexión de centrales en el norte del territorio abracado por el SIC. Si analizamos las líneas existentes con los lugares con alto potencial eólico como la cuarta región nos encontramos con que la línea actual no permitiría el envío de potencia desde este lugar hacia Santiago. La necesidad de construcción de nuevas líneas constituye una barrera de entrada a nuevas inversiones eólicas tanto desde un punto de vista económico como de tiempos de construcción.

 

2.- Capacidad de Regulación

En el SIC encontramos una alta variabilidad de la demanda durante el día y la semana con una diferencia entre el peak y el mínimo de aproximadamente 3.000 MW. Si a esto le agregamos la variabilidad del viento nos encontramos con la necesidad de una fuerte capacidad de regulación tanto de frecuencia como de balance de potencias. Sin embargo la fuerte componente hidroeléctrica del sistema debiera permitir la operación con niveles de reservas suficientes para poder soportar las variabilidades ya mencionadas. Además es importante la realización de modelaciones pues es posible que una alta integración eólica permita una mejor gestión de los embalses del sistema disminuyendo así el riesgo de racionamiento en periodos secos.

 

3.- Conexión a nivel de distribución

El sistema de distribución en el SIC no está diseñado para soportar una fuerte conexión de medios de generación en ella. Si analizamos que el SIC cubre el área con mayor densidad de población del país vemos que la posibilidad de tener generación eólica distribuida se hace muy atractiva disminuyendo de esta manera los envíos de potencia por líneas de transmisión y disminuyendo la necesidad de inversión en transmisión. Además esto permitiría una mayor dispersión geográfica de las turbinas eólicas disminuyendo la variabilidad conjunta.

 

4.- Interconexión de sistemas

El SIC no se encuentra interconectado con ningún sistema nacional ni internacional. Como vimos en el caso europeo la integración energética en la región permite mejores reservas operativas, intercambios de energía en periodos de alto viento, disminución de la variabilidad, etc. Es una opción que debe ser analizada ya que presenta grandes beneficios.

 

5.- Herramientas del mercado

Además de una posible creación de un mercado de servicios complementarios el mejorar y liberar los mercados eléctricos actuales para el acceso de mayores actores puede permitir una mejor operación del sistema y mejorar la eficiencia. En países con re-regulaciones de tercera generación los mercados entregan indicadores de cómo es la generación de energía (precios SPOT en tiempo real) pudiendo así optimizar el consumo los distintos procesos productivos. Debe estudiarse la posibilidad de desregulación de los pequeños consumidores.

 

Integracion en el SING

El Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) tiene una capacidad instalada de 3.683 MW y alimenta al 5,7% de la población chilena. Corresponde a un sistema Térmico con prácticamente nula generación hidroeléctrica.  El principal abastecimiento que provee este sistema corresponde a clientes regulados, principalmente mineras, que consumen aproximadamente el 90% de la generación anual del SING (Ver Anexo B)

 

 1.- Capacidad de Regulación

Dadas las características de la demanda en el SING que alimenta principalmente a grandes consumidores como son las mineras con consumos productivos importantes durante las 24 horas del día los 365 días del año, nos encontramos con que la demanda es bastante plana con una variación entre la demanda máxima y mínima de solo 400 MW. De aquí que la variabilidad de la demanda mas la del viento seria de bastante menor orden que en el caso del SIC. Además existe una gran cantidad de potencia firme que prácticamente duplica la demanda máxima. No obstante lo anterior, al ser un sistema netamente termoeléctrico con prácticamente un 34% de capacidad en carbón nos podemos encontrar con poca capacidad de regulación. Al respecto es necesario realizar modelaciones que indiquen si la infraestructura de generación actual permitiría el funcionamiento de reservas para una alta integración eólica. De ser así indicar hasta que niveles de penetración es segura la utilización de energía eólica, y de no serlo especificar las inversiones necesarias a realizar

 

2.- Sistemas de Transmisión

Como ya se indico el SING alimenta principalmente a grandes mineras ubicadas en el interior a varios kilómetros de la costa que es donde se encuentran actualmente los medios de generación. La infraestructura de transmisión está concebida para poder llevar estos altos niveles de potencia hacia las centrales con bastante tolerancia ante la posible expansión de sus faenas. En este sentido no sería necesario realizar grandes inversiones en transmisión a menos que se trate de líneas de inyección.

 

3.- Conexión a nivel de distribución

Las redes de distribución en el SING son tan pequeñas y se ubican tan cerca de las centrales térmicas, y por consiguiente, de las líneas de transmisión que no hay mayor diferencia ni incentivo en la conexión a este nivel.

 

4.- Interconexión de sistemas

El SING posee una pequeña interconexión con una central en Salta Argentina que no es muy relevante. Dadas las características de la matriz del SING y su posible imposibilidad de permitir la una alta penetración de viento por lo ya comentado se hace interesante evaluar la posibilidad de interconexión con algún sistema vecino.