GRUPO DE INVESTIGACION EN SISTEMAS INTELIGENTES FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

INFORME EJECUTIVO

PROYECTO

GENERACION DISTRIBUIDA Y REDES INTELIGENTES

“ADMINISTRACION Y CONTROL EFECTIVO DE LA RED ELECTRICA MEDIANTE SMARTGRID,

BENEFICIOS SOCIALES Y ECONOMICOS EN LA CIUDAD DE PASTO”

LISED KATHERINE CHAVES ACOSTA

CAMILO JOSÉ CHAVES ROSERO

JONATHAN VILLOTA REVELO

SAN JUAN DE PASTO

AGOSTO DE 2010

INTRODUCCIÓN

La evolución tecnológica se explica como la creación y la adaptación de nuevos

mecanismos que solucionen las necesidades emergentes de cualquier sistema; siempre la

evolución es un sinónimo de cambio que conlleva mejoras y nuevas facilidades. La

evolución tecnológica trata de llevar estos avances hacia el problema y brindar las mejores

herramientas de solución. Dicho lo anterior es evidente que todos hemos presenciado la

evolución de muchos sistemas tecnológicos, por mencionar algunos se encuentra: la

telefonía, la televisión, canales de información y entretenimiento (Publicaciones

impresas), Manejo de datos, etc. Todos estos sistemas evolucionaron a un entorno digital,

que garantiza su fidelidad, cobertura y eficiencia creando nuevos escenarios, mercados y

oportunidades para seguir creciendo. Es por esto que el desarrollo y la evolución es un

fenómeno creciente en el tiempo, y nace de las nuevas necesidades que presentan los

individuos a medida que su número va en aumento.

El aumento de la población en Colombia y en todas las partes del mundo es algo que lleva

a modificar el estado actual de la red eléctrica, por lo que se ve necesario plantear nuevos

objetivos en cómo administrar la energía eléctrica de forma más eficiente, desde su

generación, transmisión y distribución hasta los usuarios, sabiendo que a medida que su

población aumenta, es más vulnerable prestar con total garantía un buen servicio; de igual

forma la demanda creciente involucra la búsqueda de mayores recursos para producir

dicha energía junto con la ampliación de las redes de trasmisión para satisfacer la

demanda en todo el territorio. Todas estas necesidades por mencionar algunas muestran

la inexistencia de una evolución tecnológica en el sistema actual, y evoca una necesidad

urgente, de soluciones globales a estas variables. El sistema eléctrico Colombiano al igual

que el latinoamericano es una estructura implementada entre 40 y 60 años atrás, desde

entonces los cambios realizados solo se enfocan en ampliar la cobertura, crear más

generación y reducir las pérdidas causadas por la trasmisión, estas soluciones no arreglan

el problema sino que lo amortizan, la búsqueda de una solución se ve cada vez más

urgente y más aún hoy donde las empresas se enfrentan a una crisis a mediano y largo

plazo donde los recursos tienden a reducirse viendo seriamente afectada la producción y

el aumento del precio de la energía para el consumidor.

Al reconocer que el estado actual de los modelos Colombianos de generación,

transmisión y distribución se convierten en un mal ajuste a las nuevas necesidades del

mercado, debemos observar la experiencia del mundo, de países desarrollados que

aplican adelantos energéticos y descubriremos un sinfín de herramientas que presenta la

evolución tecnológica que nos servirá de pauta para reemplazar el sistema de distribución

de energía centralizada por un sistema autónomo y que tenga en cuenta a elementos de

apoyo en la generación de energía como los recursos distribuidos. En el presente trabajo

se exponen los trabajos y adelantos más significativos en torno a la solución SmartGrid,

como antecedentes tenemos algunos casos como el de la primera ciudad inteligente

energéticamente ubicada en Ámsterdam, Holanda, plantas de energía de biomasa que

unidas a SmartGrid obtienen mayores resultados de eficiencia implantadas en Estados

Unidos y en trabajos investigativos nacionales, como los desarrollados por la Universidad

de los Andes y la Universidad Nacional realizados sobre SmartGrid, donde se analizan

resultados de: sistemas pilotos, eficiencia tecnológica, modelos de control de SmartGrid y

adelantos sobre este campo.

Es necesario motivar la implementación de soluciones que apunten a la administración y

control de recursos de forma eficiente y eficaz mediante la digitalización del sistema, para

que se convierta un uno más fiable y más robusto, versátil con el paso del tiempo

(actualizable) y que incurra al buen manejo de los recursos para la generación de energía

con una capacidad de implementar energías alternativas o verdes apoyados en la

generación distribuida que se define como la generación y/o almacenamiento de energía

eléctrica a pequeña escala, lo más cercana al centro de carga, con la opción de interactuar

(comprar o vender) con la red eléctrica; logrando una energía más limpia, barata y con

muchos beneficios sociales y económicos.

Lo generación distribuida además de generar electricidad es capaz de administrarla de

forma inteligente entre los usuarios conectados a una red o Grid, esta posee la capacidad

autónoma de administrar y controlar la red de forma inteligente basados en sistemas de

control multiagente, que es uno de nuestros objetivos en este trabajo, y se enfoca en

estudiar esta propuesta y comparar resultados con otros sistemas de control, estudiados

por el grupo de investigación GIAP que lidera el proyecto SILICE de la Universidad de Los

Andes , las conclusiones producto de las comparaciones brindará mejor respuesta para

inferir que sistema de control brinda mayores ventajas para las empresas, reduciendo

costos de operación, mantenimiento y adecuación del sistema.

Además de presentar a Smartgrid como uno de los puntos clave de este proyecto,

queremos adicionar el estudio de tipos de energía renovable que brinden resultados

favorables en términos de capacidad productiva de energía eléctrica para ser

administrados por la Smartgrid.

El proyecto expone una introducción de una nueva área de investigación como la

tecnología SmartGrid en el mercado de distribución, buscando: la descentralización de las

decisiones, la automatización, sistematización y monitoreo de las redes eléctricas siendo

una opción interesante para la industria eléctrica abriendo numerosas posibilidades

para desarrollar un mercado con modelos adaptados al nuevo contexto competitivo con

amplios beneficios sociales, ambientales y creando más ventajas económicas. Así la

investigación pretende mostrar como la aplicación de una SmartGrid, junto con un estudio

sobre fuentes renovables de energía son la solución para crear energía más económica,

amigable al medio ambiente, de fácil distribución, al alcance de todos y con más

beneficios económicos.

1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar una investigación basada en las fuentes de energía alternativas y la

administración de la energía producida mediante un sistema SmartGrid y los beneficios

económicos y ambientales establecidos en la ciudad de San Juan de Pasto por la

generación y transmisión inteligente de energía eléctrica.

1.2 OBJETIVO ESPECIFICO

Estudiar la situación actual de la red eléctrica en la ciudad de Pasto, para determinar las

desventajas ambientales, sociales y económicas.

Estudiar las características técnicas de un SmartGrid, su conformación, estructura y

funcionamiento; enfocados en las redes de comunicaciones que se componen por la

implementación de medidores inteligentes y la intercomunicación de generadores

distribuidos.

Estudiar las características de fuentes renovables de energía como: la energía solar,

eólica, biomasa y pequeñas centrales hidroeléctricas. Con los resultados obtenidos

analizar la factibilidad económica y técnica para un desarrollo futuro en la ciudad de

Pasto.

Simular el control y distribución de los flujos de carga obtenidos por energías renovables,

con la ayuda de un algoritmo multiagente para realizar la comparación de los resultados

obtenidos con algoritmos desarrollados por otros grupos de investigación.

Estudiar detalladamente la emisión de metano generado en el relleno sanitario de la

ciudad de Pasto y en otras fuentes de generación, para determinar los beneficios

ambientales y económicos que se producirían si se utiliza el metano para generar energía

eléctrica, realizando el análisis de capacidad productiva de energía por sistema de

biomasa.

Hacer la comparación de energía suministrada eficientemente por SmartGrid versus

energía centralizada proveniente de energía hidráulica con el fin de observar si SmartGrid

es una solución para la preservación de los recursos naturales además de comparar

económicamente su rentabilidad y viabilidad.

Los resultados serán expuestos por medio de una publicación para la consulta de los

estudiantes de la Universidad de Nariño y las empresas de suministro de energía eléctrica

de la comunidad, para que conozcan el resultado del trabajo expuesto aquí, discutan los

beneficios y puedan brindar opiniones y sugerencias al proyecto.

4. JUSTIFICACIÓN

La investigación propuesta por el grupo de investigación de GISI (Grupo de

Instrumentación y Sistemas Inteligentes) de la Universidad de Nariño, ejecutado por los

estudiantes autores de este docuemnto, brindara los resultados para una futura aplicación

de tecnología SmartGrid en la ciudad de Pasto, siendo pionera en la administración y

control inteligente de energía con una descentralización del sistema, permitiendo el

control autónomo de todos los procesos y crear soluciones ante posibles fallos del

sistema; además el sistema SmartGrid permite la inclusión de generadores distribuidos o

sistemas de energías renovables y/o alternativas, al sistema aumentando la capacidad

productiva de energía, reduciendo costos de producción con respecto al modelo actual.

Como objetivo de toda empresa es el de mejorar la eficiencia de los procesos, es vital para

una empresa de generación de energía optimizar los métodos que involucren la

producción y el despacho de energía hacia los consumidores, las empresas se verán

beneficiadas por la implantación de este tipo de soluciones; porque es necesario contar

con una mayor potencia eléctrica para brindar servicio a todos los equipos de uso

doméstico en cada unidad familiar, mantener un control sobre las variables del sistema,

monitorear su comportamiento para evitar posibles fallas y solucionar eficazmente

cualquier tipo de error sobre el sistema.

Alcanzar la eficiencia energética es una meta para el futuro y las redes SmartGrid son un

pilar importante para lograrlo. Pero sus beneficios para el usuario final y las empresas que

apuesten por SmartGrid obtendrán:

Para las empresas:

Reducción de pérdidas de energía: la compañía podrá gestionar su energía de

manera autónoma, identificando y controlando el gasto de la misma.

Eficiencia: se podrán realizar sofisticados análisis de los patrones de consumo,

identificando oportunidades que posibiliten la reducción del consumo.

Optimización de la infraestructura de red. Permiten ofrecer un mejor servicio al

cliente, con más ventajas comerciales (nuevas tarifas, pago por uso, etcétera).

Reducción de costos de producción y operación.

Control exhaustivo contra el robo de energía.

Generación de empleo, la implantación de este proyecto con lleva una logística de

instalación que promueve la creación de empleo en diferentes áreas.

Para los usuarios:

Pago por uso: al no ser necesaria una lectura manual, se eliminan los recibos

estimados y los consumidores sólo pagan por lo que consumen.

Tarifas flexibles: las empresas gestionan diversas tarifas para optimizar el consumo

de la energía.

Gestión en remoto del suministro de energía: no será necesario una intervención

local para activar, terminar o incrementar el suministro.

7. RESULTADOS ESPERADOS

Los resultados que se espera obtener una vez concluya el trabajo de grado proyectado se

caracterizan por tener pleno conocimiento sobre el control, conformación, estructura y

funcionamiento de una SmartGrid, fuentes de energía renovables, ventajas y desventajas

de usar algoritmos multiagentes como sistema de control y determinar cuál es la mejor

opción económica y ambiental de sistema de distribución de energía eléctrica.

8. ACTIVIDADES

Por medio de la colaboración de la empresa: CENTRALES ELECTRICAS DE NARIÑO,

CEDENAR buscamos desarrollar las siguientes actividades:

1. Estudiar la infraestructura actual de la red eléctrica en la ciudad de Pasto.

2. Como se realiza el proceso de generación de energía eléctrica.

3. Ubicación de estaciones de generación de energía eléctrica (centrales

hidroeléctricas).

4. Conocer el funcionamiento de cada uno de los dispositivos que conforman la red

eléctrica y de comunicaciones.

5. Como se realiza el proceso de transmisión de energía eléctrica.

6. Distribución de los puntos de alta, media y baja tención en la ciudad de Pasto.

7. Distribución de las cargas de flujo en la ciudad de Pasto.

8. Como se realiza el control de las estaciones de generación de energía eléctrica

(centrales hidroeléctricas).

9. Qué tipo de software y hardware se usa para controlar y monitorear las estaciones

de generación de energía eléctrica (centrales hidroeléctricas).

10. Conocer los medios de comunicación de la información y protocolos de

comunicación de la información.

11. Como se realiza el control de consumo a los usuarios.

12. Como controlan los puntos de media y baja tención.

13. Cuáles son los costos de generación, transmisión y distribución de la energía

eléctrica.

14. Como se lleva el proceso de comercialización de energía eléctrica