PROCEDIMIENTO DE REGULACIÓN PRIMARIA PARA UNA RED ELÉCTRICA INTERCONECTADA.

Procedimiento para la regulación primaria para una red eléctrica interconectada con empleo de centrales hidroeléctricas,

en particular de centrales de almacenamiento y bombeo, de almacenamiento o de agua fluyente con turbinas, que son ajustadas mediante reguladores de turbina, cuyo ajuste mínimo genera una variación de frecuencia mayor de 10 mHz, caracterizado porque varias turbinas de una central hidroeléctrica o de varias centrales hidroeléctricas son operadas como un grupo de generación de forma coordinada por tecnología de la información en lo que respecta a la entrega de potencia, se asocia al grupo de generación una línea característica que representa el incremento de potencia/reducción de potencia requerido de las turbinas del grupo de generación, a las que se recurre para la regulación primaria, en función de la variación de frecuencia en la red, con el grupo de generación puede conseguirse la sensibilidad de respuesta de 10 mHz necesaria referida a todo el grupo de generación mediante el recurso de que una parte de las turbinas del grupo de generación funciona con regulación fina y éstas aportan una potencia de regulación primaria, que por un lado es al menos igual o mayor que la entrega de potencia correspondiente para un ajuste mínimo de las turbinas o centrales eléctricas implicadas en la regulación fina y por otro lado corresponde como máximo a la potencia de regulación primaria que es necesaria para una variación de frecuencia de 10 mHz, referida a todo la potencia de regulación primaria puesta a disposición por el grupo de generación, así como las restantes turbinas o respectivamente centrales eléctricas operan con regulación gruesa y aportarán variaciones de potencia que son claramente mayores que las variaciones de potencia requeridas para una variación de frecuencia de 10 mHz.

Procedimiento de regulación primaria para una red eléctrica interconectada La invención se refiere a un procedimiento según el preámbulo de la primera reivindicación.

Para la operación sin perturbaciones de una red eléctrica interconectada, hay que plantear determinados requisitos a las centrales eléctricas conectadas a la red. En caso de un desequilibrio entre la potencia generada y la potencia consumida en la red, por ejemplo por caída de potencia al desconectarse una central eléctrica grande y producirse la caída de frecuencia asociada a ello, para el restablecimiento de la operación normal las centrales eléctricas que forman parte de la red deben activar inmediatamente reservas de potencia y suministrarlas a la red o respectivamente reducir la potencia suministrada.

Para ello sirve la denominada regulación primaria. De acuerdo con ella, un operador de central eléctrica que suministra a la red, para unidades de generación de más de 100 MW de potencia, tiene que activar adicionalmente al menos un 2%, frecuentemente también un 10%, de su potencia nominal para la regulación primaria en un periodo de tiempo de como máximo 30 segundos. Estos incrementos de potencia deben ser puestos a disposición linealmente y mantenidos durante como máximo 15 minutos. Tras ello, la regulación secundaria asume la puesta a disposición de potencia.

Las condiciones para operadores de centrales eléctricas en el suministro de potencia eléctrica a redes de transmisión y con ello también la condición para la puesta a disposición de potencia de regulación primaria están descritas en el Código de Transmisión (TransmissionCode) 2003 “Netz-und Systemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber” (“Reglas de redes y sistemas de los operadores alemanes de redes de transmisión”) , agosto de 2003, así como en su Anexo D1 “Unterlagen zur Präqualifikation für die Primärregelleistung für die ÜNB” (“Bases para la precualificación para la potencia de regulación primaria para los operadores de redes de transmisión”) (versión de agosto de 2003) .

Con ello se solicita que para la precisión de regulación necesaria en la regulación primaria se generen ya a partir de una variación de frecuencia de 10 mHz ajustes de potencia reproducibles. Este ajuste se calcula a partir de la potencia de regulación primaria acordada para poner como máximo a disposición y a partir de todo el intervalo de frecuencias a considerar.

Hasta ahora, esta regulación primaria se ponía fundamentalmente a disposición mediante centrales térmicas. Esta puesta a disposición provoca en parte costes de producción muy altos.

Alternativamente pueden emplearse centrales de almacenamiento y bombeo para la puesta a disposición de la regulación primaria. En este caso hay que asumir sin embargo pérdidas elevadas para la puesta a disposición (rendimiento, pérdidas y daños por cavitación en la operación en vacío de las turbinas, la energía ya no está disponible para la regulación secundaria) .

El documento DE 102 60 409 B3 describe un procedimiento de regulación primaria para una red para centrales térmicas. Para mantener bajas las pérdidas de rendimiento, se propone agrupar varios bloques de centrales de una compañía como unidad para la compensación de desviaciones cuasi-estacionarias de frecuencia de +/-200 mHz para la red. A pesar de ello se producen aquí pérdidas no despreciables.

Sería económicamente interesante recurrir a centrales de agua fluyente para la regulación primaria, ya que aquí no se originan costes de puesta a disposición en forma de energía de accionamiento reservada para las turbinas.

Frecuentemente, las turbinas en centrales hidroeléctricas están equipadas aún con reguladores de turbina mecánicos o respectivamente analógico-electrónicos. Una variación de potencia reproducible de generadores accionados por turbinas con reguladores de este tipo requiere una duración mínima de las órdenes de ajuste para el ajuste de los reguladores. Esto se denomina en lo que sigue ajuste mínimo. Estas órdenes de ajuste generan una variación de potencia demasiado grande, que corresponde a una variación de frecuencia mayor que la requerida de 10 mHz.

A menudo, estos reguladores de turbina mecánicos o respectivamente analógico-electrónicos tienen también una tolerancia mecánica mayor, de forma que no alcanzan tampoco por este motivo el ajuste mínimo reproducible necesario y con ello la calidad de regulación necesaria.

Por ello no puede recurrirse a turbinas en centrales de agua fluyente para la regulación primaria, ya que sus reguladores de turbina no permiten un ajuste mínimo, que corresponde a una variación de frecuencia de 10 mHz, salvo que sean equipadas con reguladores de turbina digitales de alto valor; como se describe extensamente en Draxler, A. et al: “Qualitätsregelung im Bereich der Stromerzeugung”, Elektrotechnik und Informationstechnik, Springer Verlag, Viena, Austria, Volumen 112, Número 10, 1 de octubre de 1995, páginas 531 a 538.

La conversión provoca sin embargo costes muy elevados y adicionalmente es costosa en tiempo. Además de ello, con un número alto de órdenes de ajuste hay que contar con un desgaste alto en los órganos de ajuste hidráulicos de las turbinas así como en los apoyos de los órganos de ajuste y regulación.

En el documento DE-B 9 02 824 del año 1951 se habla a saber de reguladores primarios, pero exclusivamente en relación con una potencia de transferencia desde un agrupamiento de red. Este estado de la técnica se ocupa de un método económico para la reducción de las oscilaciones de red, que se producen en la prestación de una potencia de transferencia variable. Para ello se propone una solución mixta o combinación de turbinas reguladas por número de revoluciones y por potencia. Una indicación de cómo puede conseguirse de forma económica una regulación primaria de centrales de agua fluyente no es deducible de este documento.

Constituye por ello la tarea de la presente invención mostrar un procedimiento con el que pueda recurrirse para la regulación primaria a turbinas en centrales hidroeléctricas, en particular en centrales de agua fluyente con reguladores de turbina mecánicos o respectivamente analógico-electrónicos.

Esta tarea es resuelta conforme a la invención mediante las características de la primera reivindicación.

La invención se basa en el reconocimiento de que mediante la conexión conjunta de varias centrales hidroeléctricas formando un grupo de generación también puede conseguirse la sensibilidad de respuesta requerida de 10 mHz de al menos una turbina de este grupo de generación, referida a todo el grupo.

La ventaja de la invención hay que verla en que ahora puede recurrirse para la regulación primaria a turbinas en centrales hidroeléctricas sin ningún tipo de modificaciones mecánicas en las turbinas o en sus órganos de regulación existentes. Esta regulación primaria puede ponerse a disposición de forma muy económica, ya que no se originan “costes de combustible” como en otras centrales eléctricas. Es necesaria simplemente una regulación local (es decir por cada central eléctrica) así como una regulación de orden superior, que puede realizarse sobre la base de ordenadores.

Otra ventaja de la invención estriba en que – independientemente del equipamiento en cuanto a técnica mecánica y técnica de regulación puede recurrirse para la regulación primaria a todos los tipos de centrales hidroeléctricas. Para ello son conectadas conjuntamente de forma preferente varias centrales hidroeléctricas de al menos un río como grupo de generación en lo relativo a la entrega de potencia, en que la mayoría de las turbinas o respectivamente de las centrales hidroeléctricas del grupo de generación operan con una regulación gruesa y sólo una o unas pocas turbinas o respectivamente centrales hidroeléctricas funcionan con una regulación fina. Las turbinas/centrales hidroeléctricas que funcionan con la regulación gruesa operan según sus líneas características normales e intervienen sólo en pasos controlables con seguridad, que corresponden por ejemplo a una variación de frecuencia de 50 mHz.

Mediante el recurso de que sólo una turbina o unas pocas turbinas funcionan con regulación fina, se minimiza de modo ventajoso el desgaste en los órganos de ajuste hidráulicos debido a las órdenes de ajuste frecuentes – referidas a todas las turbinas... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la regulación primaria para una red eléctrica interconectada con empleo de centrales hidroeléctricas, en particular de centrales de almacenamiento y bombeo, de almacenamiento o de agua fluyente con turbinas, que son ajustadas mediante reguladores de turbina, cuyo ajuste mínimo genera una variación de frecuencia mayor de 10 mHz, caracterizado porque varias turbinas de una central hidroeléctrica o de varias centrales hidroeléctricas son operadas como un grupo de generación de forma coordinada por tecnología de la información en lo que respecta a la entrega de potencia, se asocia al grupo de generación una línea característica que representa el incremento de potencia/reducción de potencia requerido de las turbinas del grupo de generación, a las que se recurre para la regulación primaria, en función de la variación de frecuencia en la red, con el grupo de generación puede conseguirse la sensibilidad de respuesta de 10 mHz necesaria referida a todo el grupo de generación mediante el recurso de que una parte de las turbinas del grupo de generación funciona con regulación fina y éstas aportan una potencia de regulación primaria, que por un lado es al menos igual o mayor que la entrega de potencia correspondiente para un ajuste mínimo de las turbinas o centrales eléctricas implicadas en la regulación fina y por otro lado corresponde como máximo a la potencia de regulación primaria que es necesaria para una variación de frecuencia de 10 mHz, referida a todo la potencia de regulación primaria puesta a disposición por el grupo de generación, así como las restantes turbinas o respectivamente centrales eléctricas operan con regulación gruesa y aportarán variaciones de potencia que son claramente mayores que las variaciones de potencia requeridas para una variación de frecuencia de 10 mHz.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado porque los pasos intermedios, necesarios para variaciones de potencia mayores, entre las variaciones de potencia escalonadas de las turbinas o respectivamente centrales eléctricas que funcionan con regulación gruesa en el grupo de generación son aportados por las turbinas o respectivamente centrales eléctricas que funcionan con regulación fina.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,

caracterizado porque la potencia de regulación primaria total puesta a disposición del grupo de generación es la suma de la potencia deseada a entregar de todas las turbinas que funcionan con regulación gruesa y con regulación fina, en que la (s) turbina (s) que funciona (n) con regulación gruesa generan un porcentaje mayoritario y la (s) turbina (s) que funciona (n) con regulación fina el porcentaje menor restante de la potencia de regulación primaria total.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque la (s) turbina (s) que funciona (n) con regulación gruesa varía (n) su entrega de potencia en etapas de potencia lo más grandes que sea posible.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la (s) turbina (s) que funciona (n) con regulación fina del grupo de generación genera (n) una variación de potencia que en la cuantía corresponde a la variación de potencia de una etapa de la (s) turbina (s) que funciona (n) con regulación gruesa, en que esta variación de potencia se produce en pasos de 10 mHz.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque la (s) turbina (s) que funciona (n) con regulación fina es (son) ajustada (s) en 5 etapas.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque la potencia deseada a entregar de la (s) turbina (s) que funciona (n) con regulación fina se calcula según la siguiente fórmula:

P deseada fina = N x Pajuste x 5

en que:

P deseada fina = potencia deseada de regulación fina a entregar N = número de turbinas que funcionan con regulación fina Pajuste = potencia de ajuste de cada turbina, que es mayor o igual que su potencia de ajuste mínimo.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la potencia deseada a entregar de todas las turbinas que funcionan con regulación gruesa se calcula según la siguiente fórmula:

P deseada gruesa = N x Pajuste x 3

en que:

P deseada gruesa = potencia deseada de regulación gruesa a entregar N = número de turbinas que funcionan con regulación gruesa Pajuste = potencia de ajuste de cada turbina, que es mayor o igual que su potencia de ajuste mínimo.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque el desgaste causado por la regulación primaria en los órganos de ajuste de las turbinas, referido a todas las turbinas implicadas del grupo de generación, se minimiza mediante la división en regulación gruesa y fina.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque el cálculo de la distribución de los valores deseados para las turbinas que funcionan con regulación gruesa y fina está diseñado para valores de ajuste mínimos diferentes.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque está previsto un distribuidor de valores deseados para el grupo de generación, que según la cuantía de la potencia de regulación primaria a poner a disposición y teniendo en cuenta las entregas de potencia posibles actualmente de las distintas turbinas del grupo de generación selecciona las turbinas que pueden operar con regulación gruesa y las que pueden operar con regulación fina.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque el distribuidor de valores deseados comprueba continuamente si la potencia de regulación primaria declarada puede ser satisfecha.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizado porque el distribuidor de valores deseados, en el intervalo de desviaciones de frecuencia cuasiestacionarias, prefija para el caso de que no se llega a la frecuencia deseada una cuantía diferente de la potencia de regulación primaria a poner disposición que para el caso en que se supera la frecuencia deseada.