Definición
de los Servicios Auxiliares
Existen dos definiciones comúnmente usadas para referirse
a los servicios auxiliares en Estados Unidos.
1. Federal
Energy Regulatory Commission, FERC
"Los servicios
auxiliares son aquellos necesarios para proveer el servicio básico
de transmisión a los consumidores. Estos servicios comprenden
acciones que afectan a la transacción (programación
y despacho de servicios) y los servicios que son necesarios para
mantener la integridad del sistema durante una transacción
(seguimiento de carga y soporte de energía reactiva). Existen
otros servicios auxiliares que son requeridos para corregir los
efectos asociados con el compromiso de la transacción (por
ejemplo, servicio de carga desbalanceada)".
2. North
American Electric Reliability Council, NERC
"Los servicios
auxiliares son los servicios requeridos que permiten a las áreas
de control y entidades de compra-venta operar confiablemente en
las interconexiones". Para la NERC, la palabra Servicios
Auxiliares no refleja adecuadamente la esencia natural y los costos
implicados de estos servicios, por lo tanto se los llama Servicios
de Operaciones Interconectados (SOI). En referencia a los SOI,
la NERC adicionalmente expresa que :
1. Las entidades de compra-venta deben proveer o coordinar ciertas
combinaciones de Servicios de Operaciones Interconectados ya sea
que ellos se comprometan a través de un intercambio programado,
o mediante transferencias dentro de los límites del área
de control.
2. Las áreas de control deben ofrecer estos servicios a
las entidades de compraventa (si ellas no son capaces de autoproveerse),
o proveer el medio para que las entidades de compraventa obtengan
estos servicios desde otras áreas de control o suministros.
3. Las fallas en el suministro de estos servicios resultarán
en que el área de control que provee estos servicios no
obtendrá la compensación propia, o dejará
los servicios desproveídos, posiblemente comprometiendo
la confiabilidad de la operación de los sistemas eléctricos.
Partes Involucradas
en el Mercado
Los principales participantes del mercado que proveen o requieren
de estos servicios auxiliares son :
1. Entidades que abastecen la carga (LSE, Load Serving Entities),
también conocidas como Compañías Locales
de Distribución (LDC, Local Distribution Company)
2. Grandes clientes
3. Gestores Comerciales de energía
4. Productores independientes de potencia
5. Brokers o Corredores de energía
6. Revendedores
7. Proveedor del sistema de transmisión
8. Operadores del Área de Control
9. Bolsa de potencia
10. Juntas regionales
11. Coordinadores
Posiciones
con Respecto al Mercado
Cada participante
del mercado ha desarrollado su propia posición con respecto
al concepto y suministro de los servicios auxiliares. En general,
la posición de ellos puede resumirse en dos grandes categorías :
Proveedor
de Servicios Auxiliares
Los principales
elementos que definen la posición de esta parte son :
Los proveedores del sistema de transmisión están
preocupados principalmente del desequilibrio entre su obligación
por ofrecer y tomar servicios auxiliares
Las empresas eléctricas consideran que la mayoría
de los servicios auxiliares están ligados a generadoras,
por lo tanto, éstos deberían poseer precios de mercado
Usuario
de Servicios Auxiliares
La posición
más importante de estas entidades se refiere al precio
de los servicios auxiliares. Están particularmente interesados
en las influencias de los proveedores de servicios auxiliares
sobre el mercado, y una potencial doble tarifa de estos servicios.
El número
de servicios auxiliares individuales identificados por varios
sectores de la industria ha variado desde 6 a 40.
A continuación se desarrolla una lista con 32 servicios
individuales que califican a los servicios auxiliares basados
en una revisión de la literatura y particularmente por
una revisión y estudio hecho por la NERC y los grupos de
trabajo sobre el Servicio de Operación Interconectado.
1. Administrative
Service, Servicio administrativo : Este servicio incluye la provisión
del sistema de facturación, como también los servicios
relacionados.
2. Automatic Backup Supply, Respaldo Automático de Suministro
: El servicio involucra la provisión de la programación
de los servicios de capacidad y energía requerida para
reemplazar la capacidad de los recursos existentes sin programación.
3. Automatic Load Shedding Service, Desprendimiento Automático
de Carga : Este servicio incluye la provisión
de mecanismos de control y de despacho de cargas que para la recuperación
del sistema ante reducciones bruscas en la generación o
incrementos rápidos en la demanda.
4. Curtailment Management : El servicio considera la provisión
de algoritmos de control y sistemas para reducir las transacciones
según sea necesario, para mantener la integridad de la
operación de los sistemas de potencia.
5. Demand side management : Este servicio incluye
la provisión de mecanismos de control y cargas que pueden
ser programadas para balancear la demanda y suministrar los requerimientos
para cumplir confiablemente con los requerimientos predominantes.
6. Dynamic scheduling : El servicio involucra la provisión
de monitoreo, de control de algoritmos y de sistemas que permiten
medir el movimiento de la carga o de la generación en diferentes
puntos a través de la telemetría.
7. Dynamic voltage support, Soporte Dinámico de Voltaje :
Este servicio incluye la provisión de servicios de regulación
de voltaje para ajustar dinámicamente las variables de
salida o consumo, con el propósito de mantener un perfil
de voltaje.
8. Energy imbalance : El servicio considera el suministro
del déficit o exceso de energía causado por el ajuste
entre la programación de energía y el flujo actual
de energía.
9. Frecuency regulation, Regulación de Frecuencia :
Este servicio incluye la provisión de los mecanismos
de control y capacidad de generación para responder y corregir
la frecuencia del sistema como producto del desbalance entre las
cargas y la generación.
10. Generation dispatch, Despacho de la Generación :
Este servicio incluye la provisión de algoritmos y de sistemas
para que minuto a minuto se despache las recursos de generación
para abastecer la demanda y cumplir confiablemente los requerimientos
predominantes.
11. Generation scheduling, Programación de la Generación :
El servicio considera la provisión de algoritmos y sistemas
para programar los recursos de generación para abastecer
la demanda y cumplir confiablemente los requerimientos predominantes.
12. Load following, Seguimiento de carga : Este servicio
involucra la provisión de suficiente capacidad de generación
para seguir las variaciones de la carga hora a hora.
13. Load regulation, Regulación de Carga :
Este servicio incluye la provisión de algoritmos de control
y sistemas que permiten cambios horarios en la generación
para ajustarse a cambios en la carga que está siendo servida.
14. Local reactive support, Suministro local de reactivos :Este
servicio incluye la provisión de fuentes locales de potencia
reactiva para los puntos de carga de transmisión, con el
propósito de asegurar un nivel de voltaje apropiado.
15. Metering Services, Medición de servicios
: Este servicio incluye la provisión de equipos de
medición (telemetría) y de servicios para monitorear
el suministro de energía y capacidad (principalmente monitoreando
el suministro y recepción de potencia activa y reactiva).
16. Non-spinning reserve, Reserva no en giro : Este
servicio incluye la provisión de capacidad de generación
que puede ser puesta en funcionamiento dentro de un período
corto de tiempo (alrededor de 10 minutos) para ajustarse a reducciones
abruptas en la generación o incrementos súbitos
en la carga, con el propósito de prevenir períodos
largos de sobrecargas en el sistema.
17. Operating Reserve-Supplemental : Este servicio
incluye la provisión de capacidad de generación
no sincronizada con el sistema pero capaz de servir la demanda
y la carga interrumpible que puede ser removida del sistema ,
ambas dentro de 10 minutos.
18. Planning reserves, Planificación de Reservas :
Este servicio incluye la provisión de la capacidad total
sobre la carga firme, necesaria para proveer en forma segura las
reservas necesarias para períodos largos de tiempo.
19. Power quality services, Calidad de Servicio :
Este servicio incluye la provisión de equipamiento y servicios
para la eliminación de armónicas, incrementar la
confiabilidad de suministro local, etc., como parte del servicio
de calidad de especial de transmisión a los consumidores
que lo requieren.
20. Real power losses compensation, Compensación de
pérdidas reales de potencia : Este servicio incluye
la provisión de energía para compensar las pérdidas
de potencia real del sistema de transmisión.
21. Reactive Supply and Voltage Control from Generation Sources
Service : Este servicio incluye el suministro de potencia
reactiva desde las fuentes de generación, para facilitar
las operación del sistema de transmisión, incluyendo
la capacidad de ajustar en forma continua el voltaje del sistema
de transmisión, en respuesta a los cambios del sistema.
22. Restoration Service, Servicio de Restauración
: Este servicio incluye la provisión de capacidad de
restauración necesaria incluyendo la capacidad de generación
Black Start.
23. Scheduled backup supply services, Servicio de respaldo
de suministro programado : Este servicio incluye la provisión
de servicios programados, y la capacidad y energía requerida
para reemplazar los recursos de capacidad en una base planificada
o programada.
24. Scheduling, System Control and Dispatch : Este
servicio incluye la provisión integrada para asegurar la
confiabilidad de las interconexiones, minimizar las restricciones
de transmisión e identificar y distribuir el precio de
los productos eléctricos
25. Spinnig reserve, Reserva en giro : Este servicio
incluye la provisión de generación en línea
y desconectada, para ajustarse ante reducciones imprevistas en
generación o incrementos instantáneos en la carga.
26. Static scheduling, Servicio de Programación estática :
Este servicio incluye la provisión de algoritmos de
control y sistemas para establecer programaciones específicas
hora a hora para la transmisión de potencia, coordinando
las áreas de control afectadas.
27. System reactive support : Este servicio incluye
la provisión de fuentes de reactivos para apoyar la operación
del sistema de transmisión, incluyendo la habilidad para
ajustar en forma continua el voltaje del sistema de transmisión,
en respuesta a los cambios del sistema.
28. Time error correction : Este servicio incluye la provisión
de mecanismos de control y la capacidad de generación para
modificar el programa de generación, con el propósito
de corregir la señal de frecuencia
29. Transmission dispatch, Despacho de Transmisión :
Este servicio incluye la provisión de algoritmos de
control y sistemas para despachar, minuto a minuto, el sistema
de transmisión en respuesta a la confiabilidad de los requerimientos
de los sistemas de potencia.
30. Transmission maintenance, Mantención de Transmisión :
Este servicio incluye la provisión de los servicios
de mantención y reparación para asegurar la adecuada
capacidad de transmisión sobre largos períodos de
tiempo.
31. Transmission reserve, Reserva de Transmisión :
Este servicio incluye la provisión de la capacidad
de reserva de transmisión para ajustarse ante cambios imprevistos
en el balance de generación y carga.
32. Transmission scheduling, Servicio de Transmisión
Programada : Este servicio incluye la provisión
de algoritmos de control y sistemas para programar las facilidades
de transmisión, en respuesta a la confiabilidad de los
requerimientos de los sistemas de potencia.
La distinción
entre los servicios auxiliares individuales viene dado por los
atributos de estos servicios. A continuación serán
enumerados algunos de los principales atributos de estos servicios
auxiliares y las categorías de estos servicios basados
en estos atributos.
1. Necesidad
de los servicios auxiliares
Los atributos
identificados dan el por qué los servicios auxiliares son
necesarios. Seis principales necesidades son identificadas en
esta parte :
1. Seguridad Operacional
en los SEP.
2. Confiabilidad y adecuación de los SEP.
3. Eficiencia operacional de los SEP.
4. Eficiencia de los SEP a lo largo del tiempo.
5. Establecimiento de cuentas.
6. Calidad de Servicio.
Estos atributos
principalmente identifican quienes pueden proveer un servicio
auxiliar específico :
1. Todos los generadores
(Los que se encuentran dentro y fuera del área de control).
2. Los generadores del área de control.
3. El proveedor del servicio de Transmisión.
4. El operador del área de control.
5. Carga de los consumidores.
6. Las compañías locales de distribución.
Algunos de estos servicios auxiliares pueden ser provistos por más de una entidad. También algunos servicios auxiliares pueden ser provistos por una combinación de dos o más proveedores.
Estructura
de tiempo de los Servicios Auxiliares
Estos atributos
identifican la estructura del tiempo con los cuales un servicio
auxiliar en particular necesita estar disponible. Para este propósito
se han identificado cinco estructuras de tiempo :
1. De períodos
inmediatos (segundos).
2. De períodos muy cortos(minutos).
3. De períodos cortos (unas pocas horas).
4. De períodos medios (uno o dos días).
5. De largos períodos (semanas a años).
Estos costos
identifican los costos relativos para la provisión de un
servicio auxiliar en particular. Par este propósito se
han identificado tres amplias categorías de costos :
1. Costos
Altos :
Éstos principalmente se refieren a los servicios que requieren
un alto costo de capital o un alto costo de operación.
Generalmente cubren todos los servicios que requieren capacidad
de generación y de transmisión.
2. Costos Medios : Éstos son los servicios
que generalmente no requieren la provisión de capacidad.
Estos servicios involucran un mecanismo de control que requieren
en forma extensa la telemetría y equipamiento de control.
3. Costos Bajos : Estos servicios principalmente involucran
la provisión de un mecanismo de control junto con un número
limitado equipamiento de telemetría y control.
Estos atributos principalmente identifican el costo de telemetría y administración individuales de los servicios auxiliares. Los requerimientos de telemetría difieren para varios servicios auxiliares y pueden llegar a ser catalogados como :
Según
lo expuesto anteriormente, en muchas ocasiones la provisión
de un servicio auxiliar posibilita el suministro de otros servicios
auxiliares sin incurrir en un costo significativo. Como se muestra
en la siguiente tabla, se han identificado los servicios auxiliares
(secundarios) que están disponibles una vez que otros servicios
(primarios) son suministrados. Nótese que no todos los
servicios auxiliares están incluidos en esta tabla.
Sería
muy difícil, impracticable o no económico, dejar
de suministrar cada uno de estos servicios auxiliares y proveer
éstos individualmente a los consumidores de transmisión.
Sin embargo, existen algunos criterios específicos que
pueden ser desarrollados para dejar de proveer un número
reducido de estos servicios, y sumninistrarlos a los consumidores
de transmisión.
Algunos criterios que pueden ser usados para este propósito
son :
1. Posibilidad
Técnica :
Por ejemplo, sería posible dejar de suministrar un servicio
auxiliar específico sin arriesgar la seguridad de la operación
de los sistemas de potencia.
2. Posibilidad Administrativa : Por ejemplo,
sería posible para la medición y el cumplimiento
forzado para un servicio auxiliar que se puede dejar de suministrar.
3. Posibilidad Económica : Por ejemplo,
el beneficio debería ser mayor que el costo en caso de
dejar de suministrar un servicio específico.
Un ejemplo de estos servicios auxiliares es la lista desarrollada por la FERC :
Las empresas
del sector eléctrico son distinguibles en :
1.Generación
2.Transmisión
3.Distribución
La tendencia actual de los administradores de los sistemas eléctricos
de potencia es operar bajo esquemas de open acces, en el
cual existen mercados abiertos y competitivos para la generación.
En éstos se proveen de todas las facilidades para construir
una planta eléctrica (sujeta a restricciones) y vender
la energía a empresas distribuidoras, grandes distribuidores
o al administrador del sistema de potencia, con un esquema de
precios regulado.
La forma de operar estas empresas varía entre los distintos
países, pero en la mayoría de ellos existen empresas
intermediarias entre consumidores y productores, que constituyen
un monopolio natural, pues la competencia en transmisión
es difícil de lograr. La forma de dar acceso a la transmisión,
bajo qué esquema de precios y en qué términos,
son problemas que aún no han sido resueltos del todo.
Las siguientes páginas pretenden explicar la administración
de los sistemas de potencia en Inglaterra, Argentina y Chile.
Administración
en Inglaterra : National Grid Company
Inglaterra y
Gales poseen un sistema con una capacidad instalada de 50.000
MW, en el cual existen dos sistemas AC interconectados, y una
conexión DC con Francia.
Como antecedentes generales, el sector generación de Inglaterra
y Gales está compuesto principalmente por unidades térmicas,
las cuales son respaldadas por turbinas a vapor y por centrales
de bombeo, que operan principalmente en punta. Las últimas
unidades instaladas corresponden a Centrales de Ciclo Combinado.
Actualmente el sistema de transmisión atraviesa por restricciones
significativas en términos de estabilidad, voltaje y capacidad
térmica.
El sistema de potencia es un mercado de compra y venta de energía
eléctrica compuesto por generadores y distribuidores independientes
que transan energía a través de la red de transmisión,
cuya administración y propiedad corresponden a National
Grid Company (NGC).
Las transacciones que se realizan dentro de este mercado están
reguladas mediante el Cuerpo de Reglas del Consorcio, según
las cuales se calculan los pagos y tributos que debe hacer cada
participante, dependiendo del tipo de transacción que se
haga.
La siguiente figura muestra la estructura del mercado :
Inglaterra es
uno de los países pioneros en la creación de un
mercado para el suministro de los servicios auxiliares. A diferencia
de otros países, como Estados Unidos, en el cual existe
un extenso planteamiento teórico, en este país existe
un mercado que funciona hace algunos años suministrando
reactivos, regulación de frecuencia, margen de operación
y black start.
Estructura
del Consorcio
El Consorcio
está compuesto por una serie de organismos que desempeñan
funciones esenciales para la operación :
Administrador del Sistema de Contratos (SSA)
Su función es administrar el sistema de contratos utilizado
para calcular precios y procesar datos para el cálculo
de pagos del comercio al interior del consorcio.
Operador de la Red (GO)
Es el encargado de suministrar la energía necesaria
a los clientes, preocupándose de mantener el voltaje y
la frecuencia dentro de los límites establecidos.
Mediante la información entregada, planifica y despacha
la energía demandada, respondiendo, además, a la
seguridad e integridad de la red de transmisión.
El operador de la red sólo puede planificar con las plantas
disponibles para un instante dado, por lo tanto no siempre puede
asegurar que la capacidad de generación será disponible
siempre. Sin embargo, aquellas plantas indispuestas y que por
contrato tengan que abastecer al mercado son multadas económicamente,
peligrando su participación en el mercado.
El rol del GO lo protagoniza NGC.
Proveedor de Servicios Auxiliares (ASP)
El ASP contrata los servicios auxiliares para mantener el
voltaje y la frecuencia dentro de los estándares, contratando
también la capacidad de Black Start para restablecer el
sistema local o globalmente.
La NGC también cumple el rol de ASP.
Administrador de Fondos del Consorcio (PFA)
La PFA administra la banca y la facturación de los
pagos de las transacciones del consorcio.
Las tareas del PFA son normalmente desarrollados por una subsidiaria
de la NGC.
Contratos
y Regulación
Según
una condición establecida por la Licencia de Transmisión,
se definen las tareas por las cuales la NGC actúa como
el principal ente del negocio de los servicios auxiliares. Las
condiciones son :
Conseguir los servicios auxiliares de las fuentes más económicas
disponibles
Asegurar la contratación de una cantidad suficiente de
servicios auxiliares
Asegurar la diversidad y seguridad del suministro
Tarifas
del Consorcio
El pago que deben
hacer los clientes del consorcio son calculados a partir de la
demanda prevista y de la disponibilidad de generadores registrados
en una base de datos. La planificación de la capacidad
suficiente para satisfacer la demanda se realiza considerando
la previsión de demanda y la lista de generadores, basándose
en el supuesto que el sistema de transmisión no se satura.
Con la planificación así obtenida, es posible determinar
el Precio Marginal del Sistema (SMP) el cual viene dado por el
generador de mayor costo. El SMP fija el precio de toda la potencia
planificada.
Al precio anterior se le agregan factores que corresponden al
riesgo de tener demanda no abastecida, el cual está determinado
por :
Probabilidad de pérdida de carga, LOLP
Valor de la pérdida de carga para los consumidores, VLL
Con estos valores se determina el Precio de Adquisición
del Consorcio, PPP :
El precio de venta dentro del consorcio (PSP) es determinado de
agregando al PPP un costo adicional incurrido cuando la operación
actual del sistema no corresponde al momento de fijar el PPP,
ítem adicional que recibe el nombre de Uplift :
En Argentina
el Sistema Eléctrico de Potencia está formado por
un Centros de Generación, una Red de Transporte, Instalaciones
de distribución y un Sistema de Operación y Despacho,
organizados según muestra la siguiente figura : 
El mercado eléctrico recibe
el nombre de Mercado Eléctrico Mayorista (MEM), en el cual
se distinguen tres sectores :
|
|
|
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|---|---|
|
|
|
|
|
|
Los consumidores se comprometen a mantener factores de potencia límite en sus puntos de interconexión con el sistema de transmisión, pero en caso de no llegar a un acuerdo, los valores tolerados son los siguientes :
|
|
|
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|---|---|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
En el SIC existen
centrales hidroeléctricas con diversas capacidades de almacenamiento
de agua. Por ejemplo, el Lago Laja posee regulación interanual,
mientras que la central El Alfalfal es una central de pasada.
La existencia de un embalse interanual permite realizar estudios
de tarificación a costo marginal utilizando un Modelo de
Gestión Óptima del Laja (GOL). Este modelo determina
el mínimo costo global actualizado de operación
y falla, permitiendo calcular los costos marginales en forma mensual.
El costo global corresponde al costo variable de generación
de la última unidad de una lista económica de generadores
disponibles.
En el SIC existen cuatro tarifas, cada una con procedimientos
distintos para el cálculo :
|
|
|
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Partida en falsa : Se refiere a los requerimientos incurridos a los preparativos de sincronización de una central al sistema, una vez que se ha hecho la planificación de la operación, y se ha dado un aviso posterior de la no necesidad de sus servicios. |
|
|
Reserva en giro : Se refiere a la necesidad de satisfacer las alzas en los consumos, al haber una notificación de muy corto tiempo. Los métodos utilizados para este efecto son los que a continuación se destacan : unidades térmicas a vapor a media carga, unidades hidráulicas a media carga, turbinas a gas, plantas de bombeo, liberación de cargas. |
Conclusiones
Los servicios
auxiliares son claves para la seguridad operacional de los sistemas
de potencia y permiten lograr un mayor nivel de eficiencia en
los precios de la energía para los consumidores.
En los países existen diversos grados de avance con respecto
a esta materia. Es así como en Estados Unidos existe un
amplio estudio teórico sobre servicios auxiliares, mientras
que en Inglaterra, existen mercados eficientes donde se han implementados
estos servicios.
En Chile, la creación del concepto de servicios auxiliares
deberá plantearse en leyes cuya tramitación legislativa
se ve entorpecida debido a los actuales intereses económicos
de las empresas eléctricas.
Existen numerosos aspectos de discusión asociados al suministro
de servicios auxiliares. Algunos de ellos son :
1. Identificar el nivel
necesario de varios servicios auxiliares para una operación
confiable y eficiente del sistema
2. Identificar las necesidades para un servicio auxiliar en particular
3. Tecnología y métodos para programar y despachar
servicios auxiliares
4. Evaluación del costo de servicios auxiliares específicos
por sistema y por transacción
5. Precios de los servicios auxiliares
El estudio de los Servicios Auxiliares constituye un campo abierto del apasionante mundo de los Sistemas de Potencia, donde los desafíos serán buscar mercados más eficientes y competitivos.
Bibliografía
"An Overview
of Ancillary Services" . Dariush Shirmohammadi y Ali Vojdani.
V Symposyum of Specialist in Electric Operational and Expansion
Plannig
Apuntes de Clase del Curso Seminario de Sistemas de Potencia,
dictado por Dr. Hugh Rudnick.
"Bases conceptuales de un nuevo negocio de administración
de servicios auxiliares en sistemas eléctricos de potencia".
Patricio Guerrero. Memoria para optar al título de Ingeniero
Civil de Industrias con Mención en Electricidad de la P.
Universidad Católica de Chile.
"Evaluation of alternatives for power system coordination
and pooling in a competitive and pooling in a competitive environment".
H. Rudnick, R. Varela y W. Hogan. IEEE Transactions on PWRS, 1996.
"Ancillary Services, an introduction". National Grid
Company
Documentos de North American Electric Reliability Council
Para mayor informacion
consultar a :
rcontrec@ws.crisol.puc.cl
jlambrec@ws.crisol.puc.cl