Archivo para agosto, 2015


Modos de operación de un aerogenerador tipico

Existen distintas estrategias de control y distintos modos de operación, que se pueden clasificar en función de su duración en temporales o permanentes. Los modos temporales son aquellos que tienen una duración limitada, estos son: arranque, conexión a red, parada normal y parada de emergencia. Los modos de operación permanente son: máquina parada, pausa y funcionamiento normal, dentro de este último modo existen distintas condiciones dependiendo de factores externos como puede ser la velocidad del viento, la cual influye directamente en la condición de carga del aerogenerador que se clasifica en carga parcial o plena carga. En la figura se puede apreciar un diagrama de flujo lógico entre los distintos modos de operación mencionados anteriormente…. Amén :)D


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Diagrama de los distintos sistemas de un aerogenerador

El sistema de control es el encargado del automatismo del aerogenerador así como de obtener toda la informaci´no de todo el sistema de generación, componentes de la turbina, condiciones de viento, magnitudes eléctricas como por ejemplo potencia generada hacia la red y demás. Esta información obtenida de sensores y medidores es un elemento esencial para lograr una estrategia de control adecuada, para un aprovechamiento óptimo de los recursos energéticos del viento, el cual se puede entender como una estrategia de máxima potencia, sin dejar de lado las limitantes impuestas por la máquina, las cuales no deben ser superadas si se quiere proteger al aerogenerador.

Este sistema de control es el encargado de elegir el modo de operación del aerogenerador según las condiciones establecidas. En la figura se muestra un ejemplo de un sistema de control, también llamado sistema de supervisión, con todos los sitemas del aerogenerador. Esto se puede (y en parte lo he hecho) en Matlab/Simulink.


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Cadena funcional y etapas de conversión de un conversor de energía eólica

La figura muestra las diferentes etapas y procesos involucrados desde la captura de energía del viento hasta la entrega final de la energía eléctrica a la red externa. La parte de la turbina eólica que lo que procura es capturar la máxima cantidad de energía del viento y convertirla en energía mecánica en movimiento rotacional la cual es adecuadamente manipulada para que sea aprovechada en el generador eléctrico. Pero debido a lo variable que es el viento, las RPM que se tiene en el eje con cambiantes y así mismo la carga eléctrica conectada que induce contratorques aleatorios en el generador, por lo tanto, en ese aspecto entra sistemas de control y supervisión que permiten en primer lugar asegurar el suministro de energía, luego disponerla de una manera que cumpla la normativa de calidad eléctrica. En el caso de Perú, el despacho desde parques eólicos tiene prioridad y es por ello que se cuida mucho que la potencia generada por las turbinas no sea apreciable ya que el resto del mercado funciona al mínimo costo por medio de comportamiento determinísticos y planificados del mando y operación de las centrales eléctricas del sistema.


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entradas y salidas de la aeroturbina

Si miramos una turbina eólica como un sistema a analizar desde el punto de vista de la teoría de control encontramos que esta tiene variables de entrada y de salida. Entre las entradas esta la geometría del rotor; también aquellas que tienen que ver con las variables de estado de la máquina como son la velocidad angular, el ángulo de ataque y la orientación de la turbina; también la entrada de energía que viene a ser la medición de la velocidad de viento multiplicada en el software por el área que cubre el rotor en su movimiento. Las variables de salida que interesan en primer lugar son la potencia y el torque. Esto es una descripción sólo de la turbina eólica. Interesante y como pueden ver en otros post en este blog hay modelos que he hecho de la potencia y alguno por ahí en que calculo el torque resultante, hecho en Matlab/Simulink…


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main components of a wind turbine

En la figura se muestra los principales componentes de una turbina eólica. Todos estos mecanismos se pueden observar ya en diseños pequeños aerogeneradores de buen diseño y mucho más en los grandes aerogeneradores. La figura va más en el sentido de los grandes aerogeneradores, estudiarlos implica adentrarse dentro de más ingeniería con problemas en desarrollo y en constante mejora de tecnologías. Están los álabes los cuales capturan parte de la energía contenida en el viento y lo llevan al mecanismo de transmisión, el que por medio de un sistema de engranajes la potencia mecánica es conducida al eje del generador eléctrico. En el mismo eje del generador eléctrico se conecta un freno. Adicional a esto esta el sistema de giro de toda la góndola para que la turbina siempre haga frente al viento. Un sistema de medición de dirección y velocidad del viento se coloca también y constantemente envía información al sistema de control. He hecho modelos de turbinas eólicas y sus curvas de potencia… pronto lo pondré a la venta desde los modelos más básicos hasta los más avanzandos, todos estos hechos en Matlab/Simulink para que puedan comenzar haciendo sus estudios e investigaciones de la mejor manera posible.


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main components of a wind farm

La figura muestra los principales componentes de un parque eólico. Un parque eólico está compuesto por varios aerogeneradores todos o conectados a un mismo transformador o conectado en grupos (cuando la geografía lo permite) a un transformador y estos conectados en paralelo hacia la red eléctrica nacional. Entran a tallar varias variables algunas definidas desde el hardward instalado y otros de mediciones que se hacen de las variables medioambientales y de funcionamiento de la red en el mismo sitio. Las características del viento es un dato importante y que constantemente la dirección y el valor de la velocidad de viento retroalimentan constamente al sistema de control representado por la unidad controladora (Unit Controller). El flujo de información y toma de decisiones al interior del parque eólico se visualiza entre los diferentes equipos que sirven en la producción, adecuación de la energía producida y la interacción con la red eléctrica nacional, en donde existe un ambiente que viene a ser el sistema de supervisor (Supervisory Control Room). Todos estos elementos envuelven muchos temas de estudio y una de las posibilidades que permite la computación ahora es realizar procesos de modelamiento y simulación de estos sistemas… en lo personal lo hago usando Matlab/Simulink


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EU member state market shares for new capacity installed during 2011 in MW Total 9616 MW

La figura muestra como era las perspectivas de mercado en energías renovables en los países de la Unión Europea durante el año 2011, en ello se puede ver la repartición según porcentaje reflejo de las potencias involucradas. Si juntamos los valores de Alemania, Reino Unido y España es casi el 50%. Si juntamos las potencias de Alemania, Reino Unido, España, Italia, Francia y Suecia (todos ellos países considerados desarrollados y con un alto nivel de calidad de vida) es casi el 75% del mercado europeo. Las consideraciones son muchas para tal desarrollo partiendo en que cuando hacen sus cálculos consideran todos los elementos desde la parte de dinero involucrado, cuestiones ambientales, no emisión de carbono producto de un mayor nivel de conciencia y compromiso medioambiental y el desarrollo de las tecnologías por parte de sus empresas (y que al final el resto del mundo las compramos porque no nos queda otra y nos tenemos que ajustar a calcular  bajo un mediocre criterio técnico/económico dado que por lo general tanto gobiernos como universidades/centros de investigación tienen el concepto de ser incapaces de aportar al desarrollo de las energías renovables creando software o harware para el mismo)


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2011 Newly connected capacity and cumulative installed capacity MW

El año 2011 es un año interesante para ver como va la implementación de las energías renovables a nivel mundial y volumen de las potencias involucradas, en especial, frente a realidades como lo son África, América Latina, Centro América y Antillas. El abastecimiento de energía depende de la economía y el grado de desarrollo de un país, o en inversa, la producción por parte de grandes industrias y medianas industrias involucra mayor necesidad de energía eléctrica. En la figura que muestra sólo el año 2011 y a la fecha han pasado ya varios años y las potencias en cada país ha cambiado, llama la atención Alemania y la potencia implementada que hace añicos a varios países y es que como economía: la calidad, puntualidad, esmero, alta tecnología, innovación, alto nivel educativo, eficiencia entre otras virtudes vertidas en un sin fin de productos de poca, media y alta tecnología… siempre hay mercado para tales mercancías…


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data_irradiation_solar_vs_hours_during_one_year

La imagen (la cual es diferente al anterior post J844) forman parte importante de los datos que sirven de trabajo en este trabajo de investigación sobre microredes y energías renovables. En muchos casos es necesario evaluar el potencial energético y la hora es una medida de tiempo bastante usada. Los medidores hacen un promedio de sus lecturas durante una hora y esa es considerada para evaluar el desempeño de un posible sistema de solar fotovoltaica, solar térmico o almacenamiento térmico. La gráfica muestra los datos tomados durante cada hora a lo largo de un año calendario. El comportamiento de la curva es un indicador de la inclinación de la Tierra a lo largo durante un año. Condiciones locales de nubes, lluvias u otros fenómenos definen esos altos y bajos que se observan. Dicho comportamiento por lo general bastante aleatorio, se procura compensar mediante técnicas de control, optimización y predicción que aprovechen sacar el máximo provecho al recurso solar disponible.


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data_irradiation_solar_during_one_year

La figura muestra los datos de lectura de irradiación solar durante un año calendario. Se puede apreciar la forma como los movimientos de la Tierra definen el valor de la irradiación solar máxima. La data ha sido procesada considerando como eje la fecha de cada día, en ella, algunas fechas representativas son mostradas. Existen modelos matemáticos que permiten calcular y predecir dicho comportamiento dependiendo de la latitud y longitud del lugar durante el año. Los datos son valiosos y parte fundamental de los procesos de simulación, sin embargo, en caso de ausencia modelos matemáticos teóricos usándolos con el adecuado criterio técnico pueden servir también. Matlab permite altas prestaciones en el manejo de datos.


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Video de Conferencia “Energías Renovables, Generación Distribuida y Microredes”. Jueves 20 de Agosto 2015 – 6:30 pm. Lugar: FIEE-UNI, Lima – Perú. Expositor: Jorge Mírez


vista de conferencia Diapositiva105

Enlace Parte 1:  https://youtu.be/4k7BPpdO_H0

Enlace Parte 2:  https://youtu.be/St4dRPdZG_k

Comparto con Uds. la presente filmación de la conferencia organizada por la Rama Estudiantil de la IEEE – Sociedad de Potencia de la Universidad Nacional de Ingeniería en Lima, Perú, y con el agradecimiento de las personas todas desde antes hasta la fecha que hicieron posible esto…

Atte: Jorge Mírez  – UNI – PERU


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Imágenes del PowerPoint de Conferencia “Energías Renovables, Generación Distribuida y Microredes”. Jueves 20 de Agosto 2015 – 6:30 pm. Lugar: FIEE-UNI, Lima – Perú. Expositor: Jorge Mírez


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conferencia_energias renovables generacion distribuida microgrid agosto 2015

 

TEMARIO:

Energías renovables
Concepto
Los tipos de energías renovables
Tecnologías en cada tipo
Modelamiento simulación de c/tecnología
Impacto en la sociedad
Impacto en la industria
Impacto en la universidad

Generación distribuida
Concepto
Esquemas de conexión eléctrica
Esquemas de control
Esquemas de gestión
Esquemas de optimización
Modelamiento y simulación c/caso

Microredes
Concepto
Esquemas generales
Modos de funcionamiento
Partes
Esquemas de conexión eléctrica
Esquemas de control
Esquemas de gestión
Esquemas de optimización
Microredes modelo en el mundo
MicroRed CEDER
Modelamiento y simulación de casos

Será una conferencia en la que podré hablar de lo que son las energías renovables, sus diferentes tecnologías, modelamiento y simulaciones de turbinas eólicas, paneles solares, baterías, concentradores cilíndricos parabólicos, turbinas submarinas, unidades de control de potencia y corriente, despacho, entre otras cosas. Luego la generación distribuida y las microredes, en la que hay diferentes modelos computacionales que se he hecho en Matlab/Simulink a mostrarles. Conversaremos de la importancia de las renovables y el reto que nos asume el poder conocer, comprender y aportar a este campo de la ingeniería con mucho interés en la industria. Experiencias tanto en Perú como en pasantías en el exterior serán compartidas en una reunión de aproximadamente dos horas y que con gusto estaré apto para responder preguntar e iniciar cooperación académica sea con las universidades o empresas. Sean bienvenidos a la Universidad Nacional de Ingeniería en Lima – PERU a quienes nos visiten de provincia y del exterior. La conferencia es libre y pueden asistir estudiantes, profesionales y público en general de cualquier instituto, universidad, centro de investigación y ciudad. Hay un enlace de inscripción y también para quienes deseen una certificación. Los costos de certificación serán para fortalecer las actividades de la Rama IEEE PES UNI con quienes tengo el agrado de que hayan organizado esta conferencia. Les esperamos !!

Jorge MIREZ
http://www.geocities.ws/jorgemirez


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evolución perdidas de energia PERU

La figura representa como ha ido evolucionando las pérdidas desde el año 1995 al 2013 en cuanto a las pérdidas en la distribución de energía eléctrica, y ha ido disminuyendo a pesar de que el consumo ha ido incrementándose, esto es parte de sistemas mejor diseñados, normativa más exigente, mejor criterio de previsión de crecimiento. En cuanto a la transmisión esta se ha ido incrementando, quizás motivo de que la transmisión se ha ido realizando con la misma red de líneas de transmisión. Sin embargo, el ya ingreso de líneas de transmisión de 500 kV hará disminuir estas pérdidas y eso a medida que los organismos oficiales den a saber sus datos de campo, en este blog lo estaremos dando a saber para conocimiento de nuestros lectores. En cuanto a nuestros servicios, hacemos trabajos de evaluación de pérdidas y eficiencia energética en sistema eléctricos y térmicos, y proponemos mejoras a las instituciones y empresas; también hacemos investigación en cuanto al uso de energía en algún sistema en particular…


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composición_mercado_electrico_peruano

El mercado peruano de electricidad consta de diferentes actores, la figura muestra una representación esquemática y descripción de los mismos. Hay agente normativos, fiscalizadores y que aseguran la operación del sistema eléctrico al mínimo coste. También los hay quien promueve las inversiones en el mercado eléctrico, ahora más que todo impulsado hacia las energías renovables, líneas de transmisión y nuevas centrales hidroeléctricas. El Ministerio de Energías y Minas que dicta parte de la normativa, pero que en cuanto a generación distribuida y energías renovables no hay gran avance… en esta parte, he querido participar para hacer propuestas de nuevas normas según convocatorias, pero los requisitos son tan exigentes que ahí sólo pueden entrar empresas ni peruanas sino extranjeras que tengan experiencia en otros mercados eléctricos… ojalá que no entre una empresa que hasta capturas fotones del Sol es delito, en el futuro por respirar también tendremos que pagar impuestos, hum !!!  … Con gusto trabajar normativas en cualquier país al que desee que participe, precios cómodos…


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PERU

PERU

La gráfica muestra la evolución desde el año 2007 al 2014 del mercado de electricidad peruano en cuanto a la generación de energía eléctrica. Es un indicador de crecimiento económico y de una costumbre de mayor consumo por poblador dado que el crecimiento económico conlleva a tener más artefactos electrodomésticos y adquirir costumbres que conllevan a un mayor consumo energético. También se puede observar como está distribuida la generación de electricidad, desde un primer momento en que es la hidráulica la que predomina hasta un final en que la generación térmica tiene una importante participación… el crecimiento económico no dió tiempo para implementar nuevas centrales hidroeléctricas de envergadura, a esto se sumo también un pésima planificación y deplorables estudios de impacto ambiental y una renuente gestión a comunicar a la población la implementación de nuevas centrales hidroeléctricas, añadido a esto, es la poca credibilidad en la población en la forma como se realizan las obras de infraestructura en cuanto a los costos y convocatoria de los mismos.


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concesiones_temporales_eólicas_Perú

concesiones_temporales_solares_Perú

Estudios de campo son necesarios para determinar y evaluar el potencial eólico específico de un lugar determinado. Hay un referente en Perú que es el mapa eólico del Perú en que se puede ver la velocidad de viento en promedio anual y por estaciones del año. Entonces lo que se tiene en las figuras de este post es información actualizada a Julio del 2015 de las concesiones hechas para estudios de campo con medición de velocidad de viento dadas por el Ministerio de Energía y Minas. Sin embargo, como se dijo en un anterior post, no se ve que en las reglas de juego participen las universidades o los grupos de investigación… por mi parte, yo si doy ese servicio de analizar la data recolectada a fin de evaluar potencial eólico para un parque eólico, me escriben al email jorgemirez2002@gmail.com … Es interesante saber que hay muchas empresas, el potencial es bueno, sólo falta un poco más de impulso para que la producción de renovables sea un factor apreciado en el balance de energía nacional.


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máxima_generación_eólica_2012_al_SEIN_Perú

En el año 2009 se inició unos estudios para determinar cuál es la capacidad de inyección de energía eléctrica proveniente de centrales eólicas y el gráfico es el resumen del mismo. A nivel nacional en Perú se tiene determinadas barras que son nodos importantes en el sistema eléctrico nacional, cada uno tiene una determinada capacidad de soporte de energía eólica. Sin embargo, hay que considerar que países como Dinamarca han logrado abastecerse con el 100% de energía proveniente desde centrales eólicas e incluso 150% han logrado y ha sido exportado hacia otros países. Pero claro es país con un sistema eléctrico grande y en cambio el Perú es un sistema eléctrico débil es decir que no tiene una gran máxima demanda de energía eléctrica, en fin, cuestión a determinar cada año a medida que va creciendo la demanda y generación de energía eléctrica en Perú como lo voy a mostrar en otros post. Esto es trabajo de estadística y si tienen datos estadísticos y desean compartirlos o trabajarlos en conjunto es bienvenido el realizar servicios o trabajar en colaboración.


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centrales_solares_fotovoltaicas_en_arequipa_peru_44_MWp

Como producto del programa del Estado Peruano de implementación de energías renovables, las empresas privadas han hecho realidad dos centrales solares fotovoltaicas en la Región Arequipa, ubicada al norte de Tacna en donde existe una central solar fotovoltaica. Bueno, en si Arequipa se ha caracterizado de usar tecnología solar térmica para producción de agua caliente en domicilios, hoteles y centros de producción. El recurso solar es abundante en la zona sur del Perú y es algo que se debe aprovechar, además, la central solar produce en DC y son los inversores los que definen la calidad de la energía eléctrica que es inyectada a la red nacional. Además, hay que considerar que la producción desde renovables tiene prioridad en el despacho e inyección hacia el sistema nacional de electricidad operado por COES. Es mi deseo que las universidades locales estén involucradas en el diseño, transferencia de tecnología y operación de dichas centrales lo que conllevaría a una formación de capital humano no existente en el Perú y el que el Ministerio de Energía y Minas ni el Gobierno se les ocurrió que como parte de dichas construcciones se haga algo de transferencia de tecnología, se construya algunas cosas acá o se diseñen en las universidades… hemos sido simplemente unos malos compradores…


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