Entorno tecnológico

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Entorno tecnológico

1.2 Entorno Tecnológico
Caracterización del Sector Eléctrico
Rubén Darío Cruz Rodríguez, Ph.D. – 30 minutos (9:55 a.m. – 10:25 a.m.)
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XXVII Consejo General Mesa del Sector Eléctrico Colombiano
Mayo 17, 2013
1
Entorno Tecnológico
● Objetivo 1/2: Identificar Tendencias
Sexta Ola
Quinta Ola
Sostenibilidad
Productividad Radical de
Recursos
Diseño de Sistemas
Completos
Bio-mimetismo
Química Verde
Ecología Industrial
Energías Renovables
Nanotecnología Verde
Cuarta Ola
Innovación
http://1.bp.blogspot.com/JiJ0peqKlME/TWoWs5fZ1DI/AAAAAAAAAGQ/P
0owASIhYtQ/s1600/waves_of_innovation.png
Oleadas de Innovación
Tercera Ola
Segunda Ola
Electricidad
Químicos
Motor de
Combustión
Interna
Primera Ola
Hierro
Energía Hidráulica
Textiles
Comercio
1785
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1845
Energía de Vapor
Ferrocarriles
Acero
Algodón
1900
Petroquímicos
Electrónica
Aviación
Astronáutica
1950
Redes Digitales
Biotecnología
Tecnologías de la
Información y la
Comunicación (TIC)
1990
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2020
2
● Objetivo 2/2: Estimar Brechas
Almacenamiento
de Energía
Solar
Consumidor
Flujo de Energía
Flujo de Información Periódico
Flujo de Información Continuo
Eólica
Almacenamiento de Energía
Gas
Empresa de
Servicios
Públicos
Gas
Hidroeléctrica
Carbón
Hidroeléctrica
Eólica
Solar
Almacenamiento
de Energía
Solar
Carbón
Vehículo Eléctrico
Eólica
* IBM, Smart Grid Implementation Status, USTDA Colombia, October 3, 2012
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3
● Tendencias Globales
1. Generación de Electricidad a
partir de Energías Renovables
2. Eficiencia Energética
• Transporte
• Industria y Manufactura
• Construcción y Servicios
3. Elección del Consumidor
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4
Convencional
Energía
1. Térmica Comb. Fósiles (Carbón, Gas/GLP, Fuel, etc.)
✔
2. Turbo Gas (Ciclo Simple, Ciclo Combinado)
✔
3. Nuclear
✔
4. Hidráulica Embalse/Bombeo
✔
5. Biocombustibles/Biomasa/Residuos
7. Torre Solar (Eólica)
8. Solar Fotovoltaica
9. Termosolar
10. Mini/Micro/Pico Centrales Hidráulicas (Filo de Agua)
11. Eólica
12. Mareomotriz/Undimotriz
13. Osmótica/Maremotérmica
14. Pila/Celda de Combustible
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Verde
(Limpia)
✔✗
✔
✔✗
✔
ENERGÍAS ALTERNATIVAS
6. Geotérmica
Renovable
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✔
✔✗
✔
✔✗
✔
✔✗
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
5
● Biocombustibles (Cultivos)
http://www.dupontelastomers.com/images/autofocus/a4/currentBiofuel.gif
Tecnologías de Biocombustibles
Remolacha
Caña de Azucar
Fermentación
Mezcla de
Gasolina
Azúcares
Etanol
Trigo, maíz,
papa
ETBE (etil-terbutiléter)
Almidón
Transesterificación
Mezcla de
Diésel
Aceite de Colza (Canola)
Aceite de Girasol
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Ésteres metílicos de aceite vegetal o
biodiésel
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6
Biocombustibles
● Ventajas
– Renovables
– Biodegradables
– General empleo y pueden aprovechar tierras no productivas o
desperdicios
● Desventajas
– Balance energético y de contaminación atmosférica
– Disminución de la biodiversidad
– Efecto sobre seguridad alimentaria
– Aumento precio alimentos
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7
Biomasa
1. Almacenamiento
de Combustible
2. Gasificador 3. Acondicionamiento del Syngas
4. Motor-Generador
5. Calor &
Energía
Syngas acondicionado
Electricidad
(2 – 10 MW)
Calor residual
para agua
caliente/vapor
Craquéo
de Alquitrán
Filtro
ILUSTRACIÓN SIMPLIFICADA
1. Almacenamiento de Combustible: desechos de madera enviados a la facilidad de almacenamiento y
llevados al gasificador
2. Tecnología de gasificación: el proceso de gasificación convierte los desechos de madera en gas limpio
y renovable o “syngas”
3. Tecnología de Acondicionamiento de Syngas: el syngas es acondicionado y mejorado para cumplir las
especificaciones de combustible del los motores de combustión interna
4. Motor-Generador: motores de combustión interna de alta eficiencia que operan con syngas en lugar de
gas natural para generar electricidad y producir calor
5. Calor y energía: sistemas que generan electricidad y producen calor en pequeña escala (2 -10 MW)
con eficiencias de hasta el 65%
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8
Biomasa
● Ventajas
– Renovables
– Combustible más económico
– Desarrollo de cooperativas de trabajo asociado y la limpieza
forestal
● Desventajas
– Alto precio por kWh, bajo rendimiento y emisiones
– Disponibilidad de combustible en algunas áreas
– Dificultades para el manejo y preparación del combustible (baja
densidad energética)
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Geotermia
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Geotermia
● Ventajas
– Ambientalmente amigable (mínima huella de carbono)
– Renovable
– Estable y confiable
– No costo de combustible
● Desventajas
– Emisiones de gases de invernadero subterráneos
– Puede producir inestabilidad del terreno
– Requiere altas inversiones
– Fuentes usualmente ubicadas en áreas remotas
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11
Plantas Solares Fotovoltaicas
http://www.kalipedia.com/kalipediamedia/ingenieria/media/200708/22/tecnologia/20070822klpingtcn_52.Ees.SCO.png
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Plantas Solares Fotovoltaicas
● Ventajas
– Limpia (No emisiones en operación), silenciosa, ambientalmente
amigable
– Se puede integrar a las construcciones
– Durabilidad de los paneles solares (paneles son residuos
peligrosos)
● Desventajas
– Alta inversión inicial
– Requiere instalaciones de almacenamiento (baterías) que aún no
son económicas ni con buena relación energía/volumen y
energía/peso
– Requiere grandes extensiones de terreno, bajo rendimiento (1520%)
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Imagen disponible en: ttp://2.bp.blogspot.com/_y39p2dZNxjk/TQG2d_VcKI/AAAAAAAAAAg/XCaYBy7VQco/s1600/Application%2525252
0to%25252520Power%25252520Plant1.jpg
Térmica Solar
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Térmica Solar
● Ventajas
– Algo mas eficiente que la fotovoltaica (algo menos de
superficie para igual capacidad)
– Acumulación de energía (tanques de sales fundidas)
● Desventajas
– Alta inversión inicial
– Requiere grandes extensiones de terreno, bajo
rendimiento
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Imagen disponible en:
http://www.glogster.com/media/4/29/39/29/29392945.png
Pequeñas Centrales Hidráulicas
(Filo de Agua o “Run of the River”)
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Pequeñas Hidroeléctricas
● Ventajas:
‒ No emisiones (limpia y renovable)
‒ Bajo costo de operación (no costo de combustible)
‒ Alta eficiencia (70%∼90%)
‒ Flexibilidad de conexión, desconexión y control de
potencia
● Desventajas
‒ Disponibilidad local: aptas únicamente en ciertas
áreas especialmente rurales
‒ Variabilidad del caudal
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18
Energía Eólica
● Ventajas
‒ En algunos lugares es abundante (3-25 m/s,14-90
km/h), renovable, limpia y ayuda a disminuir las
emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar
termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la
convierte en un tipo de energía verde
‒ Rápida instalación
● Desventajas
‒ Intermitencia
‒ Depende de la densidad del aire (no útil viento de
altura)
‒ Contaminación visual
‒ Transmisión de la energía producida
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19
Costo de Producción por Tecnología
N.G.
http://en.wikipedia.org/wiki/Cost_of_electricity_by_source
N.G.
N.G.
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20
Costos de Inversión y Rendimientos
por Tecnología*
* Blas Hermoso, “Políticas y Tecnologías de las Energías Renovable Generación Distribuida en España”, Acuerdo
para la Prosperidad No. 87 (Programa de Transformación Productiva), Medellín, 28 de septiembre de 2012.
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Desarrollo Eólico
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Desarrollo Geotérmico
http://geotermia.org.mx/geotermia/pdf/WorldUpdate2010-Ruggero.pdf
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23
Desarrollo Energías Renovables*
http://www.internationalsustainableenergy.com/wp-content/uploads/World-Electricity-Generatio.jpg?9d7bd4
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● Menores efectos en el medio ambiente
● Contaminación visual
● Naturaleza difusa (baja densidad energética)
● Irregularidad (energía no firme)
● Disponibilidad local
● Tecnologías aún inmaduras y costosas
● Requiere compromiso político y la
consideración de no solo variables
financieras sino económicas y sociales
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2.1 Eficiencia en el Transporte
• Vehículos de Alta Eficiencia
y de Hidrógeno
• Transporte Ferroviario
• Biocombustibles
• Transporte Eléctrico
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26
2.2 Eficiencia en la Industria
Energía Útil
Energía
Secundaria
USO FINAL
Pérdidas en
uso Final
Energía Final
Energía
Primaria
CENTRO DE
TRANSFORMACIÓN
Pérdidas en
Transformación
Calor de Proceso
Mínimos Técnicos:
Calor Directo
• Rendimiento Combustión
• Reducción de Pérdidas
• Reutilización Calores Residuales
• Nuevos Catalizadores
Fuerza Motriz
Iluminación
Otros
http://www.ecen.com/matriz/images/image80.gif
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2.2 Eficiencia en la Industria
Energía Útil
Energía
Secundaria
USO FINAL
Pérdidas en
uso Final
Energía Final
Energía
Primaria
CENTRO DE
TRANSFORMACIÓN
Pérdidas en
Transformación
Calor de Proceso
Mínimos Técnicos:
Calor Directo
• Rendimiento Combustión
• Reducción de Pérdidas
• Reutilización Calores Residuales
• Nuevos Catalizadores
Fuerza Motriz (Motores Eficientes, Variadores de Velocidad)
Iluminación (LED)
Ventilación (Natural), Refrigeración, Otros
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28
2.3 Eficiencia en la Construcción
• Nuevos Modelos de Negocio
(Constructores, Empresas de
Servicios Públicos)
• Mecanismos e incentivos a la
gestión de la demanda
• Formación en ahorro de
energía, diseño sostenible,
ventilación e iluminación
natural
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29
+
• Alternativas de valor desde la
perspectiva del consumidor
(consumir mas, bajar consumo,
programar consumo, producir
energía, etc.)
CONCIENCIA AMBIENTAL
• Educación para el
involucramiento del consumidor
• Instrumentos e incentivos para
una gestión energética
‒
AHORRADORES
(Preocupados por el
costo de la energía y algo
por el ambiente)
PROMEDIO
(Preocupados por el
costo de la energía y no
por el ambiente)
AMBIENTALISTAS
(Preocupados por el
ambiente y dispuestos a
pagar más por energía
verde)
AMANTES DE LA
COMODIDAD
(Insensibles a Precio y sin
preocupación ambiental)
$ Descuento
Prima $$$
VALOR
http://www.edisonfoundation.net/iee/Documents/IEE_BenefitsofSmartMeters_Final.pdf
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30
AMBIENTALISTAS
INNOVADORES
PIONEROS
Entusiastas de
la Tecnología
Altruistas
Verdes
AHORRADORES
PROMEDIO
GRAN MAYORÍA
AMANTES DE LA COMODIDAD
MAYORÍA TARDÍA
ADOPTANTES TARDÍOS
Indiferentes
Consciente de Costo
Edificios verdes
Amante de la Comodidad
Interfaz de realimentación simple
Incentivos de precio
Escépticos
Automatización transparente
Adaptado de: Judith Schwartz. “Consumer adoption of Smart Grid”, Ocober 8, 2012, To the Point
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31
INVOLUCRAMIENTO DEL CONSUMIDOR
SEGMENTOS DE CONSUMIDORES
Pasivo
PROMEDIO
AMANTE DE LA
COMODIDAD
AHORRADOR
AMBIENTALISTA
Fijar &
Olvidar
Control de
la E.S.P.
Con pantalla/sin pantalla
Sin bono de riesgo
Termostato programable
Sin bono de riesgo
Control directo de cargas
remoto o interruptor
Sin bono de riesgo
Sin bono de riesgo
Sin bono de riesgo no
tarifa estacional
Sin bono de riesgo
Sin bono de riesgo ni
tarifa estacional
Sistema de gestión de la
energía
Tarifa estacional
Sin bono de riesgo
Activo
Aliado
Energético
Sin bono de riesgo
Vehículo eléctrico
Sistema de gestión de la
energía
Tarifa de tiempo de uso
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● Tecnologías Relevantes
1. Generación
Distribuida
2. Movilidad Eléctrica
3. Redes Eléctricas
Inteligentes
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33
● Generación Distribuida
Tecnologías
Generadores
Tradicionales
Micro-turbinas
(Gas Natural)
Generadores No
Tradicionales
Dispositivos
Electromecánicos
Celdas de
Combustible
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Dispositivos de
Almacenamiento
Baterías
Volantes
de Inercia
Dispositivos
Renovables
Paneles
Fotovoltaicos
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Turbinas
Eólicas
34
‒ Aplicaciones
MICRO-REDES
Turbina
eólica
A la red de
energía…
Bancos de baterías
Generador de gas natural
Paneles solares en techos
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‒ Aplicaciones
COGENERACIÓN
Pérdidas (25%)
Electricidad (30%)
100%
Vapor, Calor (45%)
Combustible
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Turbina, Motor/Generador
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36
‒ Tecnología en desarrollo (costosa), especialmente las
opciones de energía renovable
‒ Los flujos bidireccionales de energía requieren nuevos
equipos de medición y protección y esquemas
normativos y regulatorios*
‒ El algunos esquemas la generación es DC (Celdas de
Combustible, Paneles Fotovoltaicos, etc.) requieren
inversores que pueden afectar la calidad de la
energía (armónicos, etc.)
* El actual esquema regulatorio fue concebido en un esquema
de generación centralizada, por lo que debe ajustarse
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‒ Tecnología en desarrollo (costosa), especialmente las
opciones de energía renovable
‒ Los flujos bidireccionales de energía requieren nuevos
equipos de medición y protección y esquemas
normativos y regulatorios*
‒ El algunos esquemas la generación es DC (Celdas de
Combustible, Paneles Fotovoltaicos, etc.) requieren
inversores que pueden afectar la calidad de la
energía (armónicos, etc.)
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38
‒ Aunque se promueve la utilización de energías
renovables (Artículo 105 de la Ley 1450 de 2011) aún
no se han establecidos metas de participación de
estas fuentes en la generación de electricidad dentro
del Sistema Interconectado Nacional
‒ El IPSE viene dando pasos en la solución de la
problemática de las ZNI tratando de cambiar el
modelo de electrificación rural tradicional por
uno sostenible a través del trabajo en seis Centros
de Innovación Tecnológica
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39
Centros de Innovación IPSE
Combustibles
Líquidos y Gaseosos
URIBIA
Energía Eólica
ISLA FUERTE
UNGUÍA
Energía Solar
NECOCLÍ
FRONTINO
Biomasa
URRÁO
Agroenergía
Energía Hidráulica
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40
Localidades y Municipios Aislados
Zonas No
Interconectadas
Chocó-Atrato
Rio Meta-Casanare, Meta-Casanare-Arauca-Vichada
Rio Guaviare,
Meta-GuaviareVichada-Guainía
Litoral Pacífico - Chocó
Vichada
Guainía
Litoral Pacífico – Nariño/Cauca
Vaupés
Ríos Putumayo y Amazonas
Ríos Caquetá y Caguán
Amazonas
41
Potencial
Solar
‒ Se cuenta con buen
recurso de energía
solar (radiación
promedio de 4,5
kWh/m2)
‒ El área con mejor
recurso solar es la
Guajira con una
radiación de 6
kWh/m2
http://www.upme.gov.co/Docs/MapaViento/CAPITULO1.pdf
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42
Potencial
Geotérmico
‒ A la fecha Colombia
no cuenta con
generación
geotérmica
‒ ISAGEN está
evaluando la
posibilidad de asumir
dos proyectos
geotérmicos
• Macizo Volcánico del Ruiz
• Tufiño-Chiles-Cerro Negro
(Binacional)
http://www.si3ea.gov.co/si3ea/documentos/documentacion/en
ergias_alternativas/potencialidades/mapaGeotermia.pdf
43
Potencial Geotérmico
http://www.cocme.org/ac/images/stories/mesa_u/11-%20lap.pdf
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44
Potencial
Biomasa
‒ Se cuenta con buen
recurso de biomasa
‒ Se estima que la
producción de
energía a partir de
biomasa es de
16.260 MWh/año
45
http://vie.uis.edu.co/ATLAS/Generalidades_ATLAS.pdf
Potencial
Eólico
‒ Concentrado en la
Costa Atlántica con
vientos de hasta 10
m/s (Clase 7)
‒ Vientos con
intensidades iguales
o superiores a 5 m/s
hacen viable la
generación eólica con
la tecnología actual
http://www.upme.gov.co/Docs/MapaViento/CAPITULO1.pdf
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46
● Movilidad Eléctrica
‒ Electrificación de los sistemas
de modo ferroviario
‒ Electrificación de los
sistemas de transporte
masivo
‒ Promoción de los vehículos
eléctricos
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47
TROLEBÚS
Instituciones:
C
Proyectos en Colombia:
• “Análisis de Factibilidad de Trolebuses en Bogotá”
C
• “Estructuración de un Piloto de Trolebuses en
Bogotá”
• “Piloto de Trolebús en el Campus de la UPB”
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http://lasotrasinfografias.files.wordpress.com/2011/03/trolebus.jpg
Más trabajo
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48
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49
Brechas en Movilidad Eléctrica
● Normalización y Estandarización
● Costos de Inversión (Infraestructura,
Sistemas de Recarga, Baterías)
● Autonomía Limitada
● Tiempo de Carga
● Manejo de Residuos (Baterías agotadas,
componente electrónicos)
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50
● Redes Inteligentes
Almacenamiento de
Energía
Solar
Consumidor
Flujo de Energía
* IBM, Smart Grid Implementation Status, USTDA Colombia, October 3, 2012
Flujo de Información Periódico
Flujo de Información Continuo
Empresa de
Servicios
Públicos
Empresa de
Servicios
Públicos
Gas
Eólica
Almacenamiento de Energía
Gas
Carbón
Hidroeléctrica
Hidroeléctrica
Carbón
Eólica
Solar
Almacenamiento de
Energía
Solar
Vehículo Eléctrico
Eólica
Entorno Tradicional
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Entorno “Inteligente”
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51
Parque
Eólico
Sistema de
Transmisión
Sistema de
Transmisión
Regional
http://www.eco.on.ca/blog/wp-content/uploads/2011/07/Tomorrows-smart-grid.jpg
Usuarios
Industriales
Grandes
Subestación de
Distribución
Medidores en los
Alimentadores
Líneas de
Distribución
Termostato
Automático
Monitor de Energía
Residencial
Subestación
Terminal
Transformador
Monitoreado
Usuarios
Residenciales
Reconectador
Controlado
Transformador Remotamente
Monitoreado
Distribución
Subterránea
Panel
Fotovoltaico
Consumidores
Comerciales
Torre de
Radio
Comunicación (2 vías)
Energía
Antena de Comunicaciones
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Distribución
Subterránea
Centro de
Operaciones
52
Redes Inteligentes
● Motivación de la Inversión
EE.UU.
* Rob Glen, “Smart Grid Update”, Octubre 8, 2012. Foster
City, California, USA. Bloomberg New Energy Finance
BRASIL
ENEGÍA
LIMPIA
• Eficiencia
• Energías
renovables y
generación
distribuida
• Vehículos
eléctricos
OPERATIVAS
• Reemplazar
medidores
viejos
• Pérdidas no
técnicas
• Reducir costos
de lectura
• Reducir OPEX
• Mejorar gestión
de activos
LIBERALIZACIÓN
• Desregulación
• Competencia
• Innovación en el
servicio
SEGURIDAD
ENERGÉTICA
• Eficiencia
energética
CONFIABILIDAD
• Mejorar
SAIDI/SAIFI
• Manejar
tormentas
MERCADOS/
INTEGRACIÓN
• Mercado eléctrico
europeo
• Super-red
europea
LIBERALIZACIÓN
• Tarifas
dinámcias
SEGURIDAD
ENERGÉTICA
• Eficiencia
energética
• Gestión de picos
de demanda
• Integración de
ER y VE
OPERATVAS
• Reducir OPEX
• Mejorar Gestión
de activos
ENERGÍA
LIMPIA
• Energías
renovalbes
ECONÓMICAS
OPERATIVAS
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• Estímulos
• Creación de
empleo
• Emprendimiento
tecnológico
EUROPA
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53
Redes Inteligentes
● Motivación en Colombia
‒ Consumidor
•
Opciones (tarifas dinámicas), calidad del servicio, confiabilidad
‒ Estado
•
•
•
•
•
Inversiones y consumo eficiente
Participación activa de la demanda
Aumento de cobertura
Sostenibilidad ambiental
Empleo especializado
‒ Operadores de Red
•
•
Menores pérdidas no-técnicas así como costos de operación
Uso eficiente de activos
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54
Algunas Iniciativas de Redes
Inteligentes en Colombia
INICIATIVA
Encuesta: Redes Inteligentes Sector
Eléctrico, CIDET, Enero 2011
www.colombiainteligente.com.co
DESCRIPCIÓN
Encuesta de identificación de intereses en las empresas del sector.
• Proyecto SILICE (Universidad de Los Andes, Universidad Nacional, Codensa,
Colciencias)
• Caracterización de las redes inteligentes en Colombia (CIDET, Colciencias)
Trabajos conjuntos Empras – CDT Universidades - Colciencias
• Diseño e implementación de un sistema de telegestión para el alumbrado público
del municipio de Sabaneta Antioquia (CIDET, Telemetrik, Municipio de Sabaneta,
Colciencias)
• Conceptualización de un Laboratorio de Redes Inteligentes en Colombia ( CIDET,
SDT, Colciencias)
• Sistema piloto para la telegestión de iluminación pública con luminarias LED
dotadas de paneles solares (CIDET, Telemetrik, Ruta N)
• Tesis de Maestría y Doctorado incluyendo Universidad de Los Andes, Universidad
Nacional de Colombia, Universidad del Valle, Tecnológica de Pereira, Universidad
Industrial de Santander, Universidad Pontificia Bolivariana, entre otras.
Trabajos de investigación de
universidades
• Desde 2005 se registran actividades en los temas de respuesta de la demanda,
PMUs, generación distribuida y redes inteligentes, con la participación y
financiación de empresas líderes en el sector como Isagen, Codensa, CREG, XM y
el apoyo de Colciencias.
• Proyecto Sirena, XM, Premio CNO - Asocodis 2010
Trabajos de investigación de
entidades del Sector (ejemplos):
• Proyecto piloto AMI EPSA:
Iniciativa Colombia Inteligente
Funcionando desde 2011, se viene posicionando como un marco de trabajo
sectorial, en el cual se reúnen diversas instituciones y empresas.
• Proyectos de desarrollo de medición Inteligentes (AMI): EMCALI – ELECTRICARIBEEPSA – EPM (Prepago) - otros.
55
Mapa de Ruta de Colombia en Redes Inteligentes
www.colombiainteligente.com.co
56
Conclusiones
● Aumento Creciente de la Demanda
y Requerimientos de Disminución
de Emisiones
‒ Desarrollo pleno del
potencial hidráulico
‒ Fomento de energías
alternativas y generación
distribuida
‒ Uso Racional de la Energía y
Eficiencias Energética
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57
Conclusiones
● Redes Eléctricas Inteligentes
‒ Sostenibilidad
‒ Confiabilidad
‒ Eficiencia
‒ Menor Impacto
Ambiental
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Más trabajo
Mayo 17, 2013
58
Preguntas e Inquietudes
Caracterización del Sector Eléctrico
5 minutos, 10:25 a.m. – 10:30 a.m.
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Más trabajo
Mayo 17, 2013
59
Fin de la Sesión
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2013
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Descanso de
20 minutos
Caracterización del Sector
Eléctrico Colombiano
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61

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