Archivo para febrero, 2013


NEDO_microgrid_japan_2

Esta experiencia es complementaria a la entrada anterior, dado que sigue la misma lógica de clasificación para asegurar el suministro según la calidad de energia y prioridad necesaria. De hecho en un hospital (dado que vengo trabajando 12 años como ingeniero en Hospitales en Perú) hay zonas muy prioritarias como las Sala de Operaciones, Emergencia, Sala de Partos, Unidades de Cuidados Críticos e Intensivos, etc. Algunas máquinas también no pueden ser desabastecidas de energía y la calidad en muchas de ellas son importantes. Y aca estudian en el caso posible de apagones o terremotos. Opino que en estos casos, circuitos de distribución adicionales deben ser considerados en la microgrid o en todo caso una posible reconfiguración de los existentes debe ser considerado para que como puede suceder en un terremoto el colapso de una zona o construcción puede interrumpir el único suministro de la energía eléctrica. Las potencias involucradas en este estudio demuestra que están considerando casos reales con demanda real y la experiencia en terremotos que tienen los japoneses.

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This is a specific application in operation normal, blackout and earthquake. I think what other distribuited lines is necesary in case colapse of part of the structure or reconfiguration of topology network for ensure supply in emergence case.


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sendai_microgrid_japan

sendai_microgrid_japan_1

Uno de los diseños que mas me ha llamado la atención y es la de darle una prioridad a cada carga mediante la clasificación en lo que es la calidad de la energía que recibemn. Para lograr ello avances y mejoras en los dispositivos de electrónica de potencia han realizado, pues se muestra que se han implementado numerosos de ellos para obtener las calidades adecuadas en cada una de las partes de la microgrid. No sólo han quedado en utilizar lo que es la corriente alterna, sino también en usar la corriente continua. Esto puede parecer una exageración en todo sentido, pero yo apuesto por que la transmisión de corriente continua va a ser poco a poco implementada y en un futuro de mediano plazo será la forma predominante para el intercambio de energía. Obvio, que tanto equipo electrónico significa avances en lo que es control, optimización y procesamiento de señales. Una fuerte apuesta de las instituciones japonesas en el desarrollo de esta configuración.

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I think what in medium term the electrical distribution in constant voltage will predominant in market electric. It is adventages technical but (today) desadventages economics is main osbtacle. This implementation in ac/dc is very innnovator and electronic power development is a vision to future well conceptualized. Implice too improved in control theory, optimization, signal processing and other topics.


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santa_rita_1

santa_rita_2

Este proyecto ha sido desarrollado en los Estados Unidos de América. En las figuras pueden apreciar la configuración y las potencias involucradas. Esta es una instalación penintenciaria (cárcel). Implementaron técnicas de control de voltaje y frecuencia. Así como también el tema de predicción de la energía consumida, almacenada, etc. La sincronización y la interconexión con la red externa también. Han desarrollado un protocolo que mencionan es una poderosa herramienta para simplificar la integración de los recursos de generación distibuidos, es decir, ya tienen avanzando algo que luego podría ser comercialmente impuesto.

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This type of implementation have software and hardware development and in advanced prototype. They are prepared to novel electric market in specific applications. It is good, but is need improve continually and research many topics in microgrid and smartgrid.


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impedance_capacity_mismatch_duty_cicle_sandia_national_laboratories

Relación entre la energía específica y la potencia específica, mostrada en el año 2012, de algunas tecnologías utilizadas en la implementación de microgrids y smartgrids. Se observa que las celdas de combustible han tenido importantes progresos, sin embargo, las baterías aún tienen muchas mejoras y posiblemente con el uso de grafeno dentro de baterias o similares (ultra y super condensadores) la brecha se ampliará. La combustión interna, obvio supera en mucho, debido principalmente a sistemas cada vez más eficientes en capturar la energía química liberada durante la combustión.

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Depending to specific application of distribuited generation, the engineer or researche have a play with technologies diferents to attend need energetic of customers. What tecnology? How much power? How? Where to installed? between other questions are the first step in development a simulation or implementation experimental/demostrative project. This graphics is showing the general state of art in this technologies according to Specific Power and Specific energy.


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microgrid_korea_1

Esto es parte de una presentación del Dr. DK Kim de KERI y que reproduce la experiencia de Corea del Sur en el desarrollo de microgrid experiementales y demostrativas. Esta idea de Green Village es conocer la respuesta de la microgrid interactuando con los usuarios reales.  microgrid_korea_2

Power IT es un sistema dual de energía eléctrica y calorífica. Es el manejo de la información lo que se da a notar acá. En primer lugar algunos equipos tienen protocolo propietario y en otras partes el procotolo es libre. Esto indica que están acá probando la funcionalidad del sistema en cuanto a la seguridad de información del sistema, dado que en el futuro, estos podrían ser atacados a través de las interfaces de comunicación. Imagino que software desarrollado para este experimento se ha realizado y numerosos casos en funcionamiento normal, transitorio y de ataque habrán sido probados.microgrid_korea_3

KERI-IIT es un proyecto que trata de la implementación de un sistema que monitorice un área local. Y esto que tiene que ver con microgrid?… es que los futuros sistemas eléctricos serán constituidos por muchas pequeñas “cápsulas” o microgrids, los que deben tener un control local y este control local interactuar con las otras “cápsulas” o con la red eléctrica general que abastece a estas “cápsulas” en condiciones desfavorables para ellas. De esta manera, la información se distribuye y mejora la performance del sistema.microgrid_korea_4

K-MEG destinado a los usuarios independientes, sea por distancia o por que así desean serlo (no depender de la red eléctrica externa, quizás sean aplicaciones específicas y especiales). Hay una fuerte inversión, posiblemente acá interviene el factor de desarrollo de equipos y materiales para los diferentes equipos que intervienen en la aplicación, así como la elaboración del software, monitoreo y todo lo que es señales, su procesamiento, tratamiento y almacenamiento. El negocio no está por las bajas potencias, sino por lo que los usuarios (casas, industria, colegios, universidades, manufacturas, etc…) en verdad necesiten.microgrid_korea_5OTG Microgrid, puedo decir que va relacionado al estudio en sí de lo que es la forma de operación. Pienso que acá se asume que los datos se tienen disponibles desde las diferentes elementos y el que hago con esta data? es lo que trata de resolver el sistema. Imagino que numerosos casos en estado normal y transitorio se han probado, asi como, con diferentes configuraciones (cargas, generadores, almacenamiento) de la microgrid. microgrid_korea_6

Diferentes grupos de investigación en Corea del Sur.microgrid_korea_7

KERI es ya una planta piloto de microgrid, una instalación experimental muy bien constituida para investigación y demostración. Son muy buenas inversiones las que realizan las universidades y empresas involucradas en esta temática.microgrid_korea_8

KEPRI tiene lo que a mi parecer es un mejor concepto, el de clasificar las cargar y en base a la importancia de la carga se prioriza, siendo la microgrid capaz de determinar esos estados de decrepitud y tomar las decisiones para la reconfiguración de la microgrid. Esto alivia el trabajo del control y no permite que toda la microgrid se pierda (desconecte o sufra un apagón).microgrid_korea_9

MJU es un proyecto para el desarrollo de tecnologías para microgrid inteligentes, con diversas áreas que se pueden visualizar en la gráfica.microgrid_korea_10

KNU se basa en el desarrollo de recursos humanos y la gráfica a continuación muestra las diferentes áreas de colaboración.microgrid_korea_11+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

The Korean experience is very interesting. Various operations modes of microgrid in probe actually. Korea is development prototypes for attend the need in the electric/heat market future. Technology and human resources both in constant improvement.

I a lot know in Matlab/Simulink, i can help in modelling (large system modelling, optimization, prediction and/or other topics) … 🙂


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Japan_New_Mexico_smart_grid_1

Japan_New_Mexico_smart_grid_2

Son en sí dos proyectos con una instalación cada uno. La explicación esta en cada figura. Lo que puedo comentar es que son típicos casos en el mercado eléctrico posible a corto plazo: el atender a usuarios residenciales y los usuarios comerciales, que son en mucha mas cantidad que los usuarios industriales. Se prevee que la gran cantidad de usuarios residenciales, comerciales serán el fuerte punto que marque la tendencia de reducción de precios de los dispositivos eléctricos, caso similar a como sucedió con el mercado de los teléfonos celulares.

En estos proyectos han hecho un importante contribución al conocimiento de las microgrids, debido a las potencias que están manipulando (2 to 5 MW), eso es un buen punto a favor. Lo otro es la utilización de diferentes tecnologías, por ejemplo: turbinas de gas con cogeneración, celdas de combustible, tanque de almacenamiento de calor, entre otras. Es necesario comprender cabalmente estas tecnologías para que los nuevos desarrollos no sorprendan y se esté siempre en la capacidad de aportar en mejoras, sugerencias y/o adecuadas selección de tecnologías.

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This is cases typical in the next years in electric market. Electric power considered is good idea, therefore, important results is obvious. Too, the implementation of novel technologies in this projects is a important criterion considered because the technology and economic vision of there is researchers and companies is attend with products a many customer in the next years.


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microgrid_beneficts_by_criteria_recipient

La implementación de las microgrid traen tres principales beneficios: beneficios medio ambientales, beneficios técnicos y beneficios económicos. La identificación de los beneficiso de una microgrid (en cada caso específico) es una tarea de coordinación multi-objetivos y multi-grupo.

En los beneficios técnicos se puede mencionar la reducción de la carga pico (sea por mejora en la eficiencia, traslado del consumo a horas fuera de punta), la regulación del voltaje (debido a la presencia de fuentes de energía más cercanas a las cargas), la reducción de pérdidas de energía (pues reducción de tramos de generación y despacho de energía, mejora de la eficiencia) y un incremento de la fiabilidad (debido a la presencia de mayor cantidad de generación y almacenamiento, mejoras en el control, etc).

Los beneficios medio ambientales van principalmente por la reducción de los efectos de gas invernadero, ya que la idea es utilizar principalmente parte de las energías renovables a través de máquinas cada vez de mejor diseño.

Los beneficios económicos tiene que ver con la interacción con el mercado eléctrico bajo la modalidad de oferta y demanda. Esta forma de distribución de electricidad es una necesidad a corto y mediano plazo lo cual hace cada vez más rentable su implementación.

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The technical benefits is the improved in design, efficiencies and fiability in each machine, component and element in renewable energy convertors. In the near future, the energetic markect in the world take this tecnologies necessarily. I think that enviromental benefits not arrived late and a enviromental colapse have to suffer the humanity.


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transformation_of_german_power_system

Alemania ha programado un cambio en el uso de los recursos primarios para el abastecimiento de las necesidades energéticas.Tienen en la gráfica la tendencia, y que en el modus operanti alemán es muy posible que ello lo cumplan exactamente.

Una fuerte apuesta por la reducción de la utilización del carbón. Mencionar acá que esta reducción es ya a persar de que tienen buenas técnicas de purificación de los gases de combustión generados de la quema del carbón.

Energía proveniente de biomasa, PV, viento también son a usar más, la posición de Alemania dentro del Mapa Solar Mundial hace que tenga que jugar con diferentes formas de generación de energía.

Un factor importante es el incremento en la importación de energía, esto enmarcado quizás en la tendencia moderna de la generación distribuida y la implementación de smart grids en el mercado eléctrico europeo. Una dependencia del gas/oil va a continuar, pero la línea roja indica un notable incremento en todo lo que es la producción de energía a partir de fuentes alternativas renovables.

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Germany think to future to implementation of change in the use of primary resourse for energetic demand. In graphic show the tendence y i think to “modus operanti” german that it is very possible develpment exactly.

A important tendence in utilization biomass, PV and wind. But the posicion of Germany in World Solar Map, need implementation and development many technologies in energy generation.

Other important factor is increasing in energy import, i think in modern tendence to distribuited generation and implementation of microgrid and smart grid in european electric market. Therefore, the dependence of the gas/oil continue in the future, but the red line in increase notable in all renewable resource production energy.


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microgrid_kythnos_greece_1

microgrid_kythnos_greece_2

Estimados lectores, esta microgrid fue presentada en un evento en el 2012 al cual he tenido acceso. Tienen ahi las figuras de las partes mas descriptivas: el emplazamiento y los equipos utilizados.

En primer el emplazamiento se puede inducir que está en un zona de viento y sol, cerca al mar, en donde durante el dia iniciar y la noche, hay corrientes de aire por las diferencias de temperatura que se dan entre tierra y mar. Es de ver tambien, las distancias que se tienen tanto entre las cargas como entre las instalaciones de solar y motor diesel. La temperatura juega un factor importante en la eficiencia tanto de la producción de energía por celdas solares (las ecuaciones que describen una celda solar contemplan a la temperatura como una variable) y la eólica (no considerado en este tema) los cuales han sido descritos en anteriores posts. Se observa que la configuración de la microgrid es clásica, es decir: de tipo árbol, alterno (por lo tanto: hay que sincronizar) y con medianas cargas.

El segundo asunto son los equipos. Siendo esta una instalación experimental y demostrativa, se observa equipos de electrónica de potencia, baterías y cosas adicionales. En muchas publicaciones se describe los progresos en el diseño e innovación de cada uno de estos equipos y lo mismo de la generación, procesamiento y recolección de señales. Una de las partes importantes, no sólo es la configuración estable, sino la transitoria y que es a donde se centran los estudios. No sólo la transitoria por falla del sistema, sino la transitoria generada por la operación del sistema, lo cuales suceden en mayor cantidad, y si no se hace el cálculo adecuado o simulaciones del caso, se puede perder estabilidad y por lo tanto, el colapso del sistema.

Se entiende que este como otros es un gran esfuerzo, sea poca carga o mucha carga ayuda a estudiar posibles escenarios o probar y desarrollar estrategias para atender mas complicadas situaciones…


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modular_construction_kit_1

modular_construction_kit_2

Presentado en una conferencia internacional en el 2012, desarrollado en Alemania. Se observa que la caraacterística principal es la de tener un gran bus único de transporte de la energía eléctrica a la cual se acoplan todos los elementos (generadores, almacenadores, consumidores) de la microgrid. El bus es del tipo AC (Corriente Alterna) por lo tanto, si es que se tiene generacíón renovable envoltaje continuo, éste debe tener un convertidor DC/AC para acoplarse al bus. Dicho inversor debe tener diseño adecuado para hacer seguimiento de los cambios de frecuencia y voltaje del bus a fin de obtener una buena performance del sistema, cosa que supongo se ha realizado y muestra de ello, en la figura inferior se tiene un demostrativo de la idea en la cual han colocado simulares de algunos elementos que por el mismo hecho de ser un demostrativo en algún evento internacional, no le reta mérito de lo conseguido durante dicha actividad de investigación.

Si los inversores utilizados es de un sólo sentido debido a que está conectado a los paneles fotovoltaicos, de doble sentido de flujo de energía eléctrica deben ser los convertidores conectados a las baterías eléctricas. Hay mucho aún por mejorar en las baterías electroquímicas, hay materiales que almacenan más, pero estas (las baterías) son de bajo costo y fácil implementación, instalación, mantenimiento, etc.

Por lo tanto, se ha previsto lo que es la protección eléctrica, que bajo estos esquemas toma rumbos diferentes a la forma tradicional. Un importante aporte es la simulación de la implementación, la cual luego del diseño de escritorio, se prueba “virtualmente” el diseño y se determina el modus operanti posible de la microgrid. Los datos recolectados en el experimentos, son comparados con los teóricos (simulaciones), lo cual constantamente retroalimentan de información (data) a los investigadores para la mejor comprensión del funcionamiento de la micgrid.


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azores_microgrid

Reportado en un congreso durante el año 2012, este proyecto ha sido realizado por ABB. Como pueden ver las figuras, cuenta con numerosos elementos tanto de generación, almacenamiento, control, consumidores, volantes de inercia, una conexión a la red regional de electricidad, cargas térmicas, motores o similares (consumidores rotantes)… El hecho es que todos se conectan a la microgrid y cada de uno de ellos está enlazada a un Centro de Control (Control Centre) que hace el monitoreo del sistema; recopila la información desde sensores, la procesa, ordena y almacena.

El lado izquierdo (mirando la pantalla) podría decirse que es un sistema en el cual todos se conectan, por lo tanto, no hay un control adecuado de cada uno de los elementos del sistema, según sea la necesidad, por ejemplo: si hay caída de tensión, escasa producción de energía eléctrica, baja calidad de la energía eléctrica entre otros problemas que se pueden presentar como armónicos, etc. A la derecha, se dispone de un control central, el cual toma las decisiones en virtud de la data recolectada y de una secuencia de decisiones previamente analizada y constantemente actualizada según los casos que se vayan presentando.

Estos experimentos y cosas demostrativas han dado un gran aporte a la compresión del tema, mejorando la performance, conociendo las limitaciones de cada tecnología, brindando mucha información en cuanto a los diferenets parámetros del sistema y de funcionamiento.

En la parte inferior, se menciona que se ha utilizado el DROOP CONTROL para la frecuencia, esta tecnica es muybuena, y el control permite la reducción de las reservas en cuanto al motor diesel. Permite de hecho una ahorro en el combustible dado que con un buen aprovechamiento de los recursos en este caso se ha logrado reducir las horas sin utilización del motor diesel hasta de 14 horas… El diagrama muestra el comportamiento estocástico de la producción y el consumo, a lo cual la microgrid se debe ajustar… por ningún motivo se debe decir al usuario que debe tener cuidado o limitación en el uso de la energía eléctrica… son los ingenieros y demás ramas los que DEBEN CREAR LAS SOLUCIONES para que el cliente o usuario las use y pague por ellas sin empeorar su calidad y estilo de vida, más bien incrementarlo. En Europa una casa promedio tiene una demanda de aprox. 10 kW considerado.


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microgrid_in_europe

En la traducción al español Drivers significa conductor. Digamos que aca lo que desea expresar con los items que conducen el desarrollo de las microgrids en Europa. Los hay cuatro: medio ambiente, economía, seguridad en el suministro y la tecnología.

Medio ambiente: Lo que buscan lograr es la reducción del impacto o huella de carbono en el medio ambiente mediante la integración de fuentes de energía renovable de salida variable. Es decir, que la potencia de salida o energía de salida sea posible controlarla o adecuarla según la condiciones del despacho, la calidad deseada de la energia eléctrica y el tipo de cargas que son usuarias del sistema.

Economía: Se desea lograr la reducción de los costos de instalación, puesta en marcha, arranque especialmente para los sistemas remotos basados en motores diesel. Dichos lugares en Europa están considerados como aquellos los más lejanos, pero no significa los más pobres, la pobreza no implica en este momento un impulso para las renovables en donde tanto los fabricantes como centros de investigación desean usuarios que consuman para evaluar el desempeño de sus diseños y equipos.

Seguridad del Suministro: Incrementar la fiabilidad y resilencia, además de la capacidad de sobrevivir a desastres naturales. Se tiene una idea de fiabilidad, vínculada principalmente a la calidad del diseño del equipo, materiales y sistemas de protección. La resilencia en ingenieria es la capacidad de almacenar energía por un material dentro de su límite elástico y luego entregar dicha energia almacenada, esto por ley de termodinámica (entropía) no es 100% pero es un cuasi-ideal que sucede esto. Y los desastres naturales, son condiciones extremas, que el diseñador debe considerar en virtud de costos, oferta, demanda, zona de ubicación, etc… para que se mantenga la operatividad del sistema duante o poco tiempo después que suceda un desastre natural.

Tecnología: Incrementar el uso y mejorar el diseño y prestaciones de las modernas tecnologías de la información, hardware controlable  (por ejemplo: dispositivos de electrónica de potencia) todos los cuales permiten protección y gestión avanzada.  Sean las comunicaciones mediante cable, inalámbrica, por internet, encriptado o no y nuevas formas de comunicaciones (óptica, cuántica) harán controlable cualquier sistema eléctrico con cada vez mayor performance. Y la electrónica de potencia, que permitirá altas prestaciones antes cambios aleatorios de variables como viento y radiación, así como: alta calidad de energía eléctrica, mejor eficiencia de conversión AC/DC o viceversa entre otras mejoras por parte de los dispositivos de electrónica de potencia.


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wavelet_irradiation

En cada lugar o emplazamiento se tiene un comportamiento de irradiación durante el día desde muy nublado, lluvia hasta de cielo despejado. Es en este último caso el que se debe caracterizar durante varios días o el sistema lo puede hacer de manera automática. Dado que sobre la central fotovoltaica o térmica se tiene una atmósfera que aplicando los criterios reales esta compuesto de material no uniforme dadas las condiciones locales de espesor de atmósfera y la influencia del medio ambiente local sobre ella.

Esta data recolectada y depurada mediante técnicas como por ejemplo Wavelets se logra obtener una curva característica local de irradiación, podría decir, un patrón de irradiación de la central “x” digamos o del sector “A” de la central solar “x” por si puede decir asi.

Luego con ella, se puede determinar las diferencias con la irradiación que se presenta cada día, habrá cambios sea estos dados por la presencia de nubes, cambios en la composición de la atmósfera por lluvias, arena, humo, etc… en base a ello el control toma las decisiones de caso para asegurar una adecuada producción de electricidad en la calidad y cantidad suficientes que aseguren la mayor performance. La gráfica muestra diferencias de un día basado en 96 datos recolectados durante el día (24 horas). Al parecer las diferencias son pequeñas pero en centrales grandes estas involucran importantes cantidades de energía. La toma de decisiones se contraresta con la capacidad del sistema de adaptarse en configuración eléctrica para responder a estos cambios.


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