Archivo para febrero 22nd, 2012


Estimado(a) amigo(a). Jueves 23 de febrero es mi cumple y te invito a compartir un almuerzo a la 1 pm en el Rest Teatro UNI (ingreso por la puerta 3 de la UNI http://www.uni.edu.pe)
Es para un momento de compartir la vida académica, profesional y personal. Llevar para su almuerzo, los regalos me son indiferentes, deseo que vayan todos los posibles, asi al menos también promovemos las reuniones sanas docentes – alumnos = amigos de la UNI y de otras universidades.
Les espero…

Atte
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Jorge Mírez  Eng Mechanical Electrical, MSc Physics, Assistant Professor
Faculty of Science http://fc.uni.edu.pe
Universidad Nacional de Ingeniería – PERU  http://www.uni.edu.pe 
Personal Blog:
Blog on Matlab/Simulink in Renewable Energy  https://jmirez.wordpress.com
Blog on Matlab/Simulink in Control Theory http://jmirezcontrol.wordpress.com
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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ciencias 2009 – Puerta #5
Av. Tupac Amaru N° 210 Rimac (Lima – Perú) Casilla 31-139
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La Tecnologìa Solar Térmica presenta ventajas imporantes entre las que cabe destacar:

  1. La cantidad y amplia distribución del recurso solar.
  2. Su madurez tecnológica.
  3. Capacidad para producir electricidad de forma gestionable mediante el uso de sistemas de almacenamiento térmico.
  4. Contribuir a la creación de sistemas de generación eléctrico distribuidos, minimizando así, los costes en el transporte y por tanto, consumos energéticos.
  5. Las perspectivas de costes del barril del petróleo y de agotamiento de los combustibles fósiles.
  6. La contribución a la reducción de las emisiones de C02.

La tecnología de producción de electricidad con colectores cilindro parabólicos está representada comercialmente por las plantas SEGS en CAlifornia (354 MWe instalados que han producido màs de 5000 GWh), mientras que la más significativa con tecnología de torre es la planta de demostración Torre Sol en Fuentes de Andalucía (que con almacenamiento de sales llega a 50 MWe) y de otras tecnologìas como cilindro parabólicos como Andasol 1 y 2 (Guadix) y Solnova 1, 3 y 4 (Sanlùcar la Mayor) éstas últimas de 50 MWe en España.


A la vez que la generación eólica va cobrando más importancia dentro del balance total de energía, se hace cada vez más necesario tener la posibilidad de predecir este tipo de fuente de energìa. Actualmente, la baja efectividad de los modelos de predicción eólica, hace que este tipo de generación no se tenga en cuenta por parte del Operador del Sistema (OS) a la hora de realizar el despacho de las distintas centrales de generación. Aùn en el caso de que la generación eòlica sea importante, se obliga a las centrales convencionales a mantener una reserva rodante suficiente para cubrir toda la demanda previsat, lo que tiene un impacto negativo en la eficiencia total del sistema. Una posible solución a este problema es tratar de predecir la generación eólica de forma que estas estimaciones puedan ser tenidas en cuenta por parte del Operador del Sistema. En cualquier caso, se corre el riesgo en este caso de realizar una sobreestimación de la generación eólica por lo que será siempre necesario disponer de un medio alternativo para mantener el balance energético (generación – demanda).

En un sistema tradicional hay 4 estrategias para dar solución a este problema:

  1. Mantener una reserva rodante.
  2. Hacer uso de interconexiones.
  3. Almacenamiento de energìa (bombeo)
  4. Disponer de sistemas de arranque ràpido

El uso de  una reserva rodante hace que la eficiencia energética total del sistema disminuya notablemente por cuanto es necesario mantener arrancadas centrales tèrmicas convencionales ùnicamente comtemplando la posibilidad de que falle la predicción eólica. Las interconexiones dan quizás una solución más adecuada, aunque hay que tener en cuenta el coste de oportunidad que se genera por el hecho de reservar una capacidad de la que posiblemente no sea necesario hacer uso. En referencia a la alternativa de almacenar energí para hacer uso de ella en momentos de necesidad, debe tenerse en cuenta que la construcción de centrales de bombeo sòlo es posible realizarlas en lugares concretos. Ademàs su coste es elevado y su construcción únicamente para hacer frente a desviaciones en la predicción de la generación eólica haría inviable económicamente el conjunto (eólico – bombeo). No existe por el momento otro sistema de almacenamiento de energía disponible a escala suficientemente grande y económicamente viable. Por ùltimo, los sistemas de arranque rápido podrían ser la opción más adecuada para resolver el problema de la falta de fiabilidad en las predicciones eólicas.

Tradicionalmente, los sistemas de arranque ràpido han estado compuestos de turbinas de gas con potencias de entre 3 y 200 MW, y en menor medida de sistemas diesel con potencias de 0.05 a 5 MW. Las turbinas de gas, tienen potencias màs elevadas pero los tiempos de arranque, aunque ràpidos (10 minutos a 1 hora) pueden no ser suficientes para solventar el problema eólico. Por el contrario, los generadores diesel pueden arrancar sin problemas en menos de 1 minuto. La tecnologìa diesel ha mejorado en los ùltimos años en cuanto a emisiones contaminantes se refiere, existiendo ademàs la posibiliddad de usar diesel de origen vegetal como combustible. El biodiesel es actualmente màs caro que el diesel de origen fòsil, aunque la posibilidad de acceder a incentivos por el uso de combustibles renovables, hace que los costes puedan llegar a ser comparables.

Estudios realizados muestran como, con el apoyo de la generación distribuida basada en sistemas diesel, la generación eòlica puede ser tratada como una fuente de energìa predecible, haciendo innecesario el empleo de reservas rodantes.

La predicción de la generación eòlica, es en la actualidad objeto de numerosas investigaciones, permitiendo obtener valores esperados con hasta 48 – 72 horas de antelación. Los mètodos de predicciòn usan combinaciones de tècnicas de modelado fìsico combinadas con análisis estadísticos de forma que el estudio de datos pasados permiten obtener las variaciones que experimentarà la generación eòlica en las próximas horas respecto de la situación actual. Esto es conocido como predicción numèrica de tiempo atmosfèrico, NWP en sus siglas en inglès, y conduce a una importante mejora en la exactitud en las predicciones.

En la actualidad, por pequeño que pueda ser el nivel de incertidumbre en la predicción de la generación eólica, el Operador del Sisema está obligado a mantener una reserva rodante que pueda cubrir el intervalo de incertidumbre en la predicción eòlica. En no pocos casos, el establecimiento de esta reserva rodante proviene de centrales que podrìan estar fuera de funcionamiento.

Una alternativa al uso de reserva rodante es el empleo de generación diesel distribuida como sistema para dar una ràpida respuesta a desviaciones en la predicción eòlica. La eficiencia econòmica de esta tecnologìa es menor que en las grandes centrales tèrmicas aunque tiene la ventaja de que el escaso tiempo de arranque que necesitan los generadores diesel, permite que estèn habitualmente parados y su funcionamiento se limite al mìnimo ( 5 minutos de ser requeridos). La velocidad del viento en un instante puede ser empleada para predecir que ocurrirà en los próximos 5 minutos. En este caso, los modelos deben tener en cuenta cuàl es la màxima variaciòn que puede experimentar la velocidad del viento en este perìodo de 5 minutos.

 


La progresiva liberación de los mercados eléctricos y la posibilidad de que pequeñas unidades de producción puedan vender su energía al operador de la red, supone un incentivo adicional a la implantación de generación distribuida y su posterior agrupación en microredes. Desde el punto de vista del cliente, la microred a la que pertenece cubre sus necesidades energ+éticas, da una mayor fiabilidad al suministro elèctrico, y permite, en determinadas circunstancias, suministrar energía a costes inferiores a los de mercado. Una microred puede participar en el mercado comprando o vendiendo energìa activa y reactiva ya que, si el consumo interno no alcanza los lìmites tècnicos de los microgeneradores, existe la posibilidad de vender en el mercado la energía excedentaria obteniendo un beneficio adicional. Dentro del sistema de control de la microred, estas tareas se llevan a cabo dentro del nivel de Control Central de la MIcrored.

El hecho de que una microred tienda a autoabastecerse cuando el precio de la energía es alto, supone una disminución de los costes de operación del que los clientes pueden también beneficiarse. Esto es debido a que en momentos de elevada demanda, cuando el precio de la energía eléctrica es alto, el control central de la microred trata de autoabastecer la demanda de la microred con generación propia, disminuyendo la carga sobre la red de distribuciòn de media tensión.

El hecho de que la mayor parte de cargas conectadas a una microred estén equipadas con un controlador que acepte consignas para disminuir el consumo o incluso su desconexión,. permitiría además que un cliente pudiera tener distintas prioridades a la hora de mantener el suministro, con la consiguiente repercusiòn en el precio pagado por energìa consumida.

La capacidad de predicción de la demanda es también un elemento de vital importancia en una microred, no sólo en la operación en modo isla en el que el balance de energía debe mantenerse, sino también durante el funcionamiento conectado a la red de distribución. En este último caso en base a la predicción realizada se lanzarán al mercado ofertas de compra o de venta de energía según las necesidades. Las predicciones en microredes deben ser principalmente de corto plazo, 1 – 4 horas. A diferencia de lo que ocurre con las herramientas clàsicas de predicción, la demanda de la microred, desdel punto de vista de la red de distribución, estarà correlacionada con el precio de la energía. Los modelos de predicción deberán por tanto incorporar esta información.

Otro parámetro que tambièn deberà ser estimado es el precio de la energìa por cuanto las ofertas de la generación distribuida dependeràn de este valor.


En una microred no es comùn encontrar generadores sìncronos controlables, elementos que normalmente fijan los valores de tensiòn y frecuencia en una red convencional. Como se ha expresado en apartados anteriores, la mayor parte de los microgeneradores precisan para su conexión a la red de baja tensión que la microred, de un inversor basado en electrònica de potencia. Estos dispositivos deben ser pues los responsables de mantener tanto la tensión como la frecuencia estables durante el funcionamiento en modo aislado.

Los principales factores que tienen influencia en la operación de microredes son:

  • Las estrategias de control empleadas en las fuentes de generación.
  • Los tipos de cargas conectados a la red.
  • La localiación de las faltas que puedan producirse.
  • La constante de inercia de los motores.

En relación a las estrategias de control de los generadores, hay tres posibilidades a seguir:

  • Control PQ, fijando a un nivel constante de salida de las fuentes conectadas a la red de forma que en base a estos paràmetros quede regulado el punto de funcionamiento, definido como Pdes y Qdes. Ante cambios en los valores de la frecuencia o tensión, el controlador desplazarà las curvas caracterìsticas para mantenerse en el punto de funcionamiento.
  • Control de pendiente (Droop-Control), consistente en un control de frecuencia y de tensión basado en la posibilidad de variar la pendiente de la curva f-P y v-Q en el controlador.
  • Control frecuencia – tensiòn, cuyo objetivo es mantener estable tanto la frecuencia como la tensión en el sistema desplazando horizontalmente las curvas características f-P y V-Q. Cambios en la carga de la microred, afectan tanto a la frecuencia como a la tesnión del sistema. Como durante el funcionamiento en modo aislado se producen continuas variaciones de carga, para mantener f y V a sus valores nominales, es necesario ajustar la salida de los generadores a las condiciones de funcionamiento.