Desarrollo de una aproximación metodológica para la determinación del porcentaje máximo de penetración de energía eólica en sistemas eléctricos de potencia por Marco Ortíz

A nivel mundial se han llevado a cabo diversos estudios relacionados con la generación eólica y su repercusión en los sistemas de potencia, sin embargo, a pesar de que Venezuela cuenta con un alto potencial de aprovechamiento de la energía proveniente del viento, hasta ahora son incipientes los esfuerzos en estudios de implementación de este tipo de generación en el país.

RETOS ASOCIADOS A LA INTEGRACIÓN DE GRANDES BLOQUES DE GENERACIÓN EÓLICA

Buena parte del ímpetu con que se extiende la energía eólica a nivel mundial, se explica por la urgente necesidad de combatir el cambio climático global. Sin embargo, la integración de grandes bloques de generación que utilizan como fuente primaria de energía el recurso viento, tiene asociado un reto operativo relacionado con la variabilidad de dicha fuente, es por ello que una constante interrogante técnica que actúa como limitante en la definición de las políticas de implementación de este tipo de generación está asociada al porcentaje máximo de contribución que pueden aportar en los sistemas de potencia en cumplimiento de los criterios de calidad de servicio establecidos. El problema, por lo tanto, no es la variabilidad del recurso eólico en sí mismo, sino ¿es posible establecer un margen de penetración seguro de la energía eólica en sistemas eléctricos que maximice el beneficio ambiental y no ponga en entredicho la continuidad y suficiencia del servicio?

CONTEXTO LOCAL DE LA INTEGRACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA

Actualmente, se ha considerado en los planes de expansión de generación de Venezuela la instalación de generación eólica en el contexto de otras alternativas. Es importante destacar, que los techos de potencia instalable pueden distar mucho de los techos de potencia eólica aprovechable por el sistema eléctrico, dado que la aleatoriedad del recurso del viento y la tecnología de los aerogeneradores sustancialmente diferente de las plantas convencionales, introduce desafíos técnicos en la operación del sistema de generación y transporte. Resulta imperativo redireccionar la situación actual caracterizada por el empirismo y la improvisación hasta lograr conseguir la planificación racional asociada a la introducción de grandes bloques de generación renovable no convencional.

LA ENERGÍA EÓLICA A NIVEL MUNDIAL Y PERSPECTIVAS A FUTURO

Según datos del Consejo Mundial de Energía Eólica publicados en el 2017 [1], el mercado global de la energía eólica se ha ido expandiendo más rápido que ninguna de las otras fuentes de energía renovable, lo cual se ve reflejado en un incremento de superior a 200.000 MW en los últimos cuatro años, con una capacidad instalada acumulada a nivel mundial de 486.790 MW para finales de 2016. El gráfico 1 refleja el total de la nueva capacidad de generación eólica instalada a nivel mundial para el período 2007 – 2016.

En particular, la energía eólica se ha constituido como la fuente de energía renovable no convencional de mayor desarrollo en el mundo en los últimos 10 años [2]. El Consejo Mundial de Energía Eólica (GWEC) calcula que para el año 2030 la energía eólica podría cubrir de un 15 a un 17,5 por ciento de la necesidad energética mundial.
En los próximos años, la tasa de crecimiento internacional de la energía eólica dependerá, entre otros factores, de las condiciones de la política energética y de la planificación del sector. Entre las condiciones previas fundamentales se encuentran la determinación de regiones adecuadas y prioritarias para instalaciones en tierra firme y en alta mar, la supresión de limitaciones de altura restrictivas y la ampliación de la infraestructura de la red, para aprovechar de forma más eficiente los mejores emplazamientos.

METODOLOGÍA DESARROLADA

La metodología está compuesta de dos grandes etapas. En la primera se determinan las zonas de alto potencial para la instalación de generación eólica en el caso práctico. En la segunda etapa, se determina el límite de estabilidad en los sistemas eléctricos de potencia considerando escenarios de alta incidencia eólica mediante la cual se determinan los máximos niveles de generación eólica para cada zona definida en la etapa anterior, verificando la estabilidad del sistema frente a la contingencia más severa para cada zona y respetando con holgura los criterios de calidad y servicio. El análisis se lleva a cabo según el esquema siguiente:

CONCLUSIONES

La integración de grandes bloques de generación eólica en los sistemas eléctricos de potencia, plantea algunos retos de operación derivados principalmente por la tecnología de los aerogeneradores la cual es sustancialmente diferente de las plantas convencionales.

A través de simulaciones realizadas en un caso práctico de la Isla de Margarita, se pudo demostrar que características como la demanda, inciden de forma directa en el comportamiento de un sistema de potencia ante la presencia de una perturbación en condiciones de alta incidencia eólica. La diferencia que se presenta en la respuesta ante demanda alta y baja, se debe principalmente a que resulta más desfavorable para el sistema una condición de valle de demanda puesto que existen menos unidades de generación convencional sincronizadas lo cual se traduce en una disminución de la inercia que aportan esas unidades.

Los emplazamientos de capacidades considerables deben ser conectados preferiblemente a sistemas de transmisión de alta tensión y lo más cercanos a los centros de carga (cuando las condiciones ambientales así lo permiten) con el propósito de incrementar la capacidad de soporte de reactivos provenientes de la red. En el caso particular de la isla de Margarita el nivel máximo de penetración eólica para el año 2019 es 14,6 % (Porcentaje PCI – Penetración de capacidad instalada: relación entre la capacidad total de los generadores eólicos instalados y la capacidad total de todo el sistema eléctrico del cual forma parte), considerando los resultados obtenidos para los escenarios de demanda máxima y mínima asegurando la estabilidad del sistema frente a cualquier contingencia N-1 y ante cualquier condición de régimen de viento.

De acuerdo a las estimaciones oficiales recientes, las características de ubicación geográfica de Venezuela, con una vasta costa caribeña de 2.718 km de extensión, le otorgan potencial eólico superior a 20.000 MW. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, los techos de potencia instalable pueden distar mucho de los techos de potencia eólica aprovechable por el sistema eléctrico.

Esta propuesta metodológica, busca darle respuesta técnica a las inquietudes asociadas a la determinación de los índices de penetración de potencia eólica bajo condiciones seguras de operación para el sistema, con el fin de converger en la planificación racional asociada a la introducción de grandes bloques de generación renovable no convencional, apuntando al desarrollo de estrategias de apoyo para el fomento de instalación de generación eólica en el SEN, siempre considerando su factibilidad técnico – económica, en aras de maximizar el beneficio ambiental sin comprometer la continuidad operativa y suficiencia del servicio eléctrico.

REFERENCIAS

[1] Global Wind Energy Council. Perpectivas Global Wind Statistics 2013. Edición febrero, 2014. p.p 2 – 4.
[2] Universidad de Zaragoza. Apuntes Energía Eólica, – Zaragoza: España, 2005. Capítulo I: p.p 1 – 17.
[3] Ortiz M. Aplicación de técnicas probabilísticas al análisis de flujo de carga con generación distribuida de origen eólico. Caso práctico: Sistema Eléctrico Isla de Margarita, – Caracas: Universidad Central de Venezuela, 2007.

Marco Ortiz
Coordinador de Estudios Eléctricos y Energías Renovables no Convencionales

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