la pieza faltante de generación para la red eléctrica … · generación inteligente es un nuevo...
TRANSCRIPT
La pieza faltante de generación para la red
eléctrica de Mexico
22 Octubre 2013
México, D.F.
Hotel Four Seasons
© Wärtsilä
17º Foro – Platts Mexican Energy
Raúl Carral, Ph.D.
Desarrollo de Negocios
México, Centro América
y el Caribe
Exclusiones
El presente material de presentación es sólo para propósitos de información y no
deberá ser incorporado en ningún acuerdo o contrato. La información y conclusiones
en este documento son basados en cálculos, incluyendo cálculos y supuestos
construidos a partir de software, observaciones, otros supuestos, información
públicamente disponible, y otra información obtenida por Wärtsilä y terceros y no está
formulada con la intención de substituir evaluaciones independientes. Ninguna
representación o garantía de ningún tipo se hace con respecto a la presente
información. Wärtsilä expresamente rechaza cualquier responsabilidad y no garantiza
que la información contenida es correcta o completa. Los cálculos y supuestos
incluidos no necesariamente toman en cuenta todos los factores que podrían ser
relevantes.
Ninguna información ni supuesto en este documento deberá de ser considerado como
garantía de desempeño de ninguna solución o instalación de equipos Wärtsilä o los
ahorros u otros beneficios que pueden ser logrados al utilizar la tecnología, equipos,
soluciones o instalaciones de Wärtsilä.
Perfil de la empresa Wärtsilä
• Empresa global de origen Finlandés con
más de 170 años de historia
• Empleamos a 19,000 personas en 70 países
en todo el mundo
• Ventas de USD 6.2 bn (EUR 4.7 bn) en 2012
• Líder en el sector marino
• Líder en plantas de potencia a base de
grandes motores de reciprocantes
• Cuarta empresa a nivel mundial en energía
en plantas de potencia de gas natural y
combustibles líquidos
Contenido
Tendencias y retos en energía en el mundo y en México
Conformación de un Sistema de Energía Inteligente
Sistemas de Generación Inteligentes
Contenido
Tendencias y retos en energía en el mundo y en México
Conformación de un Sistema de Energía Inteligente
Sistemas de Generación Inteligentes
Tendencias en el consumo de electricidad
0
4,000,000
8,000,000
12,000,000
16,000,000
20,000,000
19
90
19
92
19
94
19
96
19
98
20
00
20
02
20
04
20
06
20
08
20
10
Fuente: Enerdata
Consumo de electricidad en el mundo
Consumo de electricidad en México
GWh
Crecimiento constante en el consumo • Electrificación
• Crecimiento económico
• Mejores estándares en la calidad de vida
Más de 1,000 millones de personas carecen de
acceso a servicios modernos de electricidad
0
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
300,000
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
Fuente: CFE, Sener
La creciente importancia de energías renovables
Globalmente:
• Energía solar
– 2007: <10 GW
– 2012: >100 GW
• Energía eólica
– 2007: <100 GW
– 2012: 275 GW
0
50
100
150
200
250
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
0
20
40
60
80
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
Fuentes: EWEA, GWEC, U.S. DOE
Fuentes: EPIA, REN21
¿Cómo se ve la matriz de generación eléctrica en México?
¿Se podrá llegar a la meta de renovables?
¿Qué reto significa lograr la meta una vez alcanzada?
Fuente: Poise 2012-2026, CFE
• Generación limpia representará el 37.8% de la matriz de generación
• combustibles fósiles se reducen de 73.7% a 65.5%
El reto de incrementar la eficiencia termoeléctrica
en México
Fuente: Poise 2012-2026, CFE
Contenido
Tendencias y retos en energía en el mundo y en México
Conformación de un Sistema de Energía Inteligente
Sistemas de Generación Inteligentes
Cantidad de reservas de capacidad en el sistema
- Ejemplo ilustrativo
Carga
Pico
50 GW
Reservas de
Contingencia
2 GW
Reservas
Para Carga
2.3 GW
3.8 GW
Reservas
para Viento
Capacidad
Disponible
Requerida
58.1 GW
Requerimientos típicos con 4 horas anticipadas para un sistema con carga pico
de 50 GW con 7 GW eólicos y meta de confiabilidad de 99.7% - 16% de reservas
Capacidad
programada
para poder
cumplir con
la carga pico
(orden de
mérito)
Capacidad
programada
para poder
cubrir
pérdidas en
las centrales
más grandes
del sistema
Capacidad
programada
para poder
cubrir la
incertidumbre
de toma de
carga en las
centrales
Capacidad
programada
para cubrir la
incertidumbre
de generación
de viento
Para
asegurar
que se
cumple con
las metas de
confiabilidad
del sistema,
el operador
del sistema
eléctrico
debe
programar
estas
cantidades
de reservas
Manera tradicional de crear reservas
- sin hidroeléctricas
Eficiencia
eléctrica
55 %
400 MW
Eficiencia
eléctrica
48 %
200 MW
200 MW de
capacidad
de reserva
Eficiencia
eléctrica
51%
• Se operan las
turbinas de gas a
carga parcial
cuando ya no hay
más capacidad de
las hidros para
balanceo
– Con pérdidas
importantes de
eficiencia
Ejemplo ilustrativo
400 MW CC
turbinas de gas
operando a
carga completa
400 MW CC
turbinas de gas
operando a
carga parcial
200 MW CC
turbinas de gas
operando para
suplir energía
Forma más inteligente de crear reservas
- sin hidroeléctricas
el. eff 55
%
400 MW
Eficiencia
eléctrica
48 %
200 MW
200 MW of
reserve
capacity
Eficiencia
eléctrica
400 MW CC
turbinas de gas
operando a
carga completa
400 MW CC
turbinas de gas
operando a
carga parcial
200 MW CC
turbinas de gas
operando para
suplir energía
el. eff 55
%
400 MW CC
Turbinas de gas
operando a
carga completa
200 MW
de
capacidad
de
reserva
200 MW de
Generación
Inteligente en
modo de
espera
Forma tradicional Nueva forma
Eficiencia 50 % Eficiencia 55 %
•Beneficios = optimizar la operación de centrales de generación (no hay necesidad
de mantener operando centrales a carga parcial y perder eficiencia)
Típicas curvas máximas de demanda y suministro
- ejemplo ilustrativo
Retos del despacho
• 17.3 MW de viento y renovables - alrededor del 50% de carga nocturna mínima!
• Cambio en generación de viento de 7 9 m/s significa un impacto de 3-4 GW! Este tipo de cambios
pasarían muy seguido!
• Capacidad dinámica térmica tendría que alcanzar > 25-30 GWs hacia arriba y hacia abajo en menos
de 30 minutos incluyendo a las centrales hidroeléctricas
• Balanceo de carga en el sistema será un verdadero reto
Simulación de la curva de carga y despacho diaria
Flexicycle!
0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Car
ga (
MW
)
Hora
Escenario –energía limpia baja
0 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 90,000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Car
ga (
MW
)
Hora
Escenario –alta energía limpia
Capacidades del sistema
- ejemplo ilustrativo
• Carga pico de ~84 GW
• Necesita 95 GW de capacidad de
despacho (aprox 13% margen para
contingencias)
• 17% de la generación con
renovables requiere e.g.:
– 7-10 GW de viento (factor de
capacidad 25%)
– Otras con 5-7 GW (diferentes
factores)
• Las >8000h de capacidad de carga
base necesitan 32-35 GW
• El gap entre la base instalada para
carga base y la capacidad de carga
base tendría que ser cubierta con
unos 44+ GW de capacidad flexible
para despacho
Low-carbon
baseload
Capacidad – sistema futuro ideal
Viento y generación limpia (todas las renovables)
Carga Base de bajo carbón (ciclo combinado turbinas
de gas, nucleoeléctrica)
Energía Flexible, eficiente y limpia (hidroeléctricas, ciclos
combinados de motores)
Contenido
Tendencias y retos en energía en el mundo y en México
Conformación de un Sistema de Energía Inteligente
Sistemas de Generación Inteligentes
Flexibilidad de
Combustible
Flexibilidad
Operacional
Eficiencia
Energética
Sistema de
Generación
Inteligente
...habilitan la transición a un sistema de
energía moderno y sustentable!
Caracterísricas de gran valor....
El Sistema de Generación Inteligente busca la
optimización de los sistemas de energía
Generación Inteligente es un nuevo concepto que habilita un sistema existente
de energía operar a una eficiencia máxima al efectivamente absorber
variaciones de carga presentes y futuras, proveyendo ahorros significativos y
habilitando sustentabilidad ambiental y económica
Confiable Sustentable
Asequible
Generación
Inteligente
17 © Wärtsilä
Eficiencia
eléctrica
Flexibilidad
Tiempo de arranque
Rapidéz de toma de carga
Operación con carga parcial
Eficiencia eléctrica – ¿Cómo se compara?
40%
50%
Mediana Alta
Wärtsilä
Ciclo
Simple
Turbina
de gas Aero-
derivativa
Turbina
de gas
Industrial
Carbón
TGCC
Plantas de vapor Ciclo Simple Motores de Combustión Interna
Nuclear
Wärtsilä Flexicycle™
30%
Baja
© Wärtsilä
20
25
30
35
40
45
40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Eficiencia en cargas parciales
N unidades N-3 unidades N-1 unidades N-2 unidades
Fuente: Desempeño de turbinas de gas GTPro / 15 °C / 10 bar Gas Natural
Eficiencia Neta de Planta
(%) 10 Motores Reciprocantes
Carga de Planta (%)
19
Con Wärtsilä en ciclo simple, en 1 minuto ya se genera carga y en 5 minutos
carga completa, en ciclo combinado en 10 minutos
Flexibilidad - Comparativos de arranque
Case Study* STEC Pearsall 24 x W20V34SG Simple Cycle
STEC Sam Rayburn 3 x 1 GE LM6000 Combined Cycle
ERCOT Market at $3,000/MWh $895,000 per start
ERCOT Market at $100/MWh $30,000 per start
ERCOT Market at $30/MWh $10,000 per start * John Packard, STEC, PowerGen 2011 Presentation
20
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Minutos
Carg
a [
%]
Turbina de gas con ciclo combinado
Motor reciprocante
Balanceo de generación eólica – Colorado, E.U.A.
Centrales de carbón
Carga total
Generación eólica
Turbinas de gas
Plains End 1 & 2
Generación Flexible
El incremento de generación de viento implica
• Menor carga promedio & mayor carga parcial
• Variaciones de carga más rápidas
• Más arranques y paradas
Grid operator data from:
Colorado Dispatch Center, Xcel Energy, USA
La ventaja de tener múltiples unidades
© Wärtsilä
Capacidad en firme
22x18V
50S
G
CC
TG
(2
-2-1
)
Dias
Dias
MW
Planta de
Wärtsilä con
múltiples
unidades
23 unidades
Típico 2 en 1
Turbina de Gas
Ciclo Combinado
3 unidades
Capacidad en firme
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
15 20 25 30 35 40 45
Fa
cto
r d
e d
era
teo
Temperatura ambiente [C]
Turbina de gas industrial
20V34SG(enfriamientoradiadores)
Turbina de gas aeroderivativa
Fuente: GE Ger-3567 Ger-3695; Wärtsilä perf
18V50DF
(enfriamientoradiadores)
Efecto del calor y derateo de equipos
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
1.1
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Facto
r d
e d
era
teo
Altura (metros sobre nivel del mar)
Derateo debido a la altura (a 15C, condiciones ISO)
Turbina de gas
Industrial
20V34SG
Turbina de gas aeroderivativa
Fuente: Termof low calculation program; Wärtsilä perf
18V50DF
Efecto de la altitud y derateo de equipos
24 © Wärtsilä 08 March 2011 G Groninger
3 de los casos de estudio realizados
¿Cómo es que la Generación Inteligente impacta a un sistema eléctrico de
gran tamaño?
Modelaje y resultados:
1. Reino Unido
2. California, EUA
3. Red nacional en España
Valor de la Generación Inteligente en el Reino Unido Modelado por: Redpoint Energy (Baringa Partners)
• El valor proporcionado de la Generación Inteligente es cuantificada al
calcular costos de balanceo de la red*:
• Hay ahorros significativos en todos los escenarios
Costos de Balanceo –
provisión de flexibilidad
( £ mn Libras Esterlinas por año, real
al 2011 )
2020 2030
Viento Base Viento Alto Viento Base Viento Alto
Costos - sin Generación Inteligente 692 1008 834 2781
Costos - 4.8 GW Generación Inteligente 311 464 256 1244
Ahorros por la Generación Inteligente 381 545 578 1537
Ahorros potenciales debido a la Generación Inteligente
*Los ahorros potenciales en costos de generación ( combustibles, importaciones etc) han sido calculados, y tienen un rango desde
£22mn pa (2020 Viento Base) a £742mn pa (2030 Viento Alto). Estos costos son incurridos por los generadores y son compensados
al participar en el Mecanismo de Balanceo del país.
Valor de la Generación Inteligente en California, EUA Modelado por: DNV KEMA
Categoría de Costos Caso Base Caso Generación
Inteligente
Ahorros con
Generación
Inteligente
Costos variables de
generación 4 963 4764 199
Costos de arrancar y
parar 179 96 83
Costos de emisiones 1 463 1 401 62
Costos de importación
energía 327 379 -52
Servicios auxiliares 1 201 603 598
Costos totales de operar
el sistema eléctrico 8 133 7 243 890
Costos Anuales operativos en 2020 (Millones de Dólares EUA)
900 MUSD / año (11% del costo de su sistema eléctrico)
Ejemplo de la red nacional de España
• Este estudio consideró la opción de integrar nuevos ciclos combinados de Wärtsilä dentro
de la red nacional y ver el impacto de los mismos
9 GW DE FLEXICYCLE™ AGREGADOS
Se integró información de
- Mercados de energía (día a día)
- Servicios de auxiliares
- Información de la red de generación, transmisión y distribución de electricidad en el país
-
100
200
300
400
500
600
700
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
MW
¿Ciclos combinados de motores reciprocantes son para
plantas de gran tamaño?
- Plantas Wärtsilä de mayor tamaño por año
FLEXICYCLE™
© Wärtsilä
Wärtsilä ayer
14 MW, bunker/HFO, 2 x 16V32
© Wärtsilä
Humboldt Bay, California, EUA Output: 163 MW
Combustible: gas natural & LFO
10 x Wärtsilä 18V50DF
Modo de operación: Carga base flexible
Wärtsilä hoy – Centrales de 100 MW
Plains End I & II, EUA Output: 231 MW
Combustible: gas natural
20 x Wärtsilä 18V34 SG & 14 x Wärtsilä 20V34SG
Wärtsilä hoy - centrales de 200 MW
Brasil, UTE-Linhares, 24 x 20V34SG
204 MW, Gas Natural
© Wärtsilä
Estonia, Kisa, 27 x 20V34DF
262 MW, Multi-Fuel
Wärtsilä hoy - centrales de 200 MW
Azerbayán, Sangachal, 18 x 18V50DF, 307 MW, Gas Natural/HFO/LFO
© Wärtsilä
Wärtsilä hoy - centrales de 300 MW
© Wärtsilä
República Dominicana, Qusqueya, 24 x 18V50DF, 430 MW, Gas Natural/HFO/LFO
Wärtsilä hoy - centrales de 400 MW
Central de Wärtsilä para Jordania – 600 MW
Comunicado de prensa (10 Octubre 2012):
http://www.wartsila.com/en/press-releases/wartsila-led-consortium-wins-major-contract-to-build-worlds-largest-tri-
fuel-power-plant-in-jordan
© Wärtsilä
En resumen
37 © Wärtsilä
1. El progreso y el incremento poblacional va a requerir seguir adicionando
capacidad al sistema de generación de electricidad
2. La creciente importancia y crecimiento de energías renovables,
adicionalmente a la variabilidad de las curvas de carga diaria requieren de
buena planeación de capacidad de reservas y balanceo de redes
3. En los siguientes 30 años va a seguir habiendo una dependencia importante
de combustibles fósiles y se requieren usos más eficientes de estos recursos
4. Se requieren sistemas que sean más eficientes pero también más flexibles,
que puedan arrancar y parar mucho más seguido sin penalidades y que
mantengan alta eficiencia, aún en condiciones de cargas parciales,
variaciones de calor y alta altura
5. La Generación Inteligente es la pieza faltante de generación para la red
eléctrica de Mexico
Raúl Carral, Ph.D.
Desarrollo de Negocios,
México, Centro América y el Caribe
Power Plants
Houston, TX
+1 281 233-6210
Para más información visitar:
www.smartpowergeneration.com
38
¡GRACIAS!