Sistema Nacional Interconectado

SESIÓN 5 ENERGÍA EÓLICA
Gonzalo Guerrón
28 de octubre del 2014
1. Sistemas Híbridos.
Fuente: Olade 2012
1. Sistemas Híbridos.
En pequeñas instalaciones de paneles fotovoltaicos, turbinas de viento o
generadores hidráulicos, donde su característica principal es que la energía se
produce y consume en el mismo lugar, es importante dividir el proceso en tres
etapas:
En la generación la fuente de energía, la luz solar, el viento, o una caída de agua,
es aprovechada para generar energía eléctrica mediante celdas fotovoltaicas o
turbinas. La electricidad obtenida se puede utilizar para cargar una batería o
capacitor que la almacena por cierto tiempo.
Llegado el momento, los aparatos eléctricos o dispositivos de iluminación se
conectan a la batería y consumen la energía almacenada.
Fuente: http://blog.construmatica.com/tag/energia-eolica/
Configuraciones de Sistemas Híbridos
de Energía Eólica.
•
•
•
•
•
•
•
Eólico-Diésel
Eólico-PV
Eólico –Hidroeléctrico
Eólico- Biomasa
Eólico-PV-Diésel
Eólico –Hidroeléctrico-Diésel
Eólico-Hidrógeno (celdas combustibles)
Fuente: http://blog.construmatica.com/tag/energia-eolica/
1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares.
Este sistema funciona con la presencia
de viento y sol, siendo de vital
importancia el conocimiento del
potencial eólico y solar de un
determinado lugar para aplicar esta
opción.
En los días fríos y nubosos
permite aprovechar la energía
eólica, en los días despejados
existe poco viento, aprovechando
la energía solar.
Fuente: Herrera Barros, V. C., & DT-Salcedo, C. (2011). Sistema Híbrido Eólico-Fotovoltaico para la generación
de energía eléctrica en el Departamento de Turismo del Ilustre Municipio de Baños de Agua Santa.
1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares.
Fuente: Borowy, BS, Salameh, ZM (1996), ‘Methodology for optimally sizing the combination of a battery bank and
PV array in a wind/PV hybrid system’, IEEE Transactions on Energy Conversion, 11–2, 367–375
1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares.
Topología de un Bus de
corriente continua
Topología de un Bus de
corriente alterna
1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares.
Topología de un bus de corriente
continua /corriente alterna
Estas topologías mostradas se complementan con equipos de
monitorización y adquisición de datos. Esto se debe a la necesidad de
monitorear voltajes, corrientes y temperaturas.
Para el recurso eólico se considera mas importante el análisis del lugar
del emplazamiento con respecto al recurso solar, mientras que el
potencial solar puede considerarse igual en una extensión de área mayor.
Es importante considerar que el viento es más impredecible que la luz
solar directa y su variación más considerable.
2. Sistemas Híbridos Eólicos - Diésel.
La instalación de los sistemas híbridos eólicos – diésel se utiliza en sistemas
alejados de la red eléctrica para viviendas remotas o islas, pueden incluir también
paneles solares y baterías.
• Son sencillos de instalar y pueden reducir los costos operativos de generación.
• Se debe tener en
cuenta un sistema de
almacenamiento
de
energía ya que muchas
veces
la
carga
a
compensar será mucho
menor a la capacidad de
lo generadores de diésel.
Fuente: http://todoproductividad.blogspot.com/2012/06/diseno-optimo-de-un-sistema-hibrido.html
2. Componentes principales de un sistema
híbrido: eólico-diésel
Sistema de generación de
energía son:
• Turbina de viento con los
controles asociados.
• Motor diésel.
• Generador eléctrico con
controladores electrónicos de
potencia.
• Cargas eléctricas.
• BESS (Battery Energy Storage
System).
Fuente: http://todoproductividad.blogspot.com/2012/06/diseno-optimo-de-un-sistema-hibrido.html
3. Estrategias de control para sistemas de
generación eólico – diésel.
A continuación se muestra un diagrama de bloques de un modelo diseñado
en simulink, donde el estudio de simulación, el dimensionamiento de los
diversos componentes se ha hecho con las siguientes limitaciones:
•
•
•
La velocidad media del viento considerado es 9,5 m/s.
La carga de máxima que deben cumplir se considera que es de 30 kW.
La turbina eólica debe ser capaz de generar esta potencia requerida
de 30 kW a la velocidad media del viento.
3. Estrategias de control para sistemas de
generación eólico – diésel.
Fuente: Chinchilla M, Arnaltes S and Burgos J C, ‘Control of permanent-magnet generators applied to variablespeed wind-energy systems connected to the grid’, IEEE Transactions on EC, Vol. 21, Issue 1, March 2006, Pages
130–135.
4.1 Sistemas Híbridos Eólicos - Fotovoltaicos Diésel.
La fluctuación del viento hace que no se pueda obtener una producción de electricidad
de manera constante, para solucionar estas variaciones y mantener una estabilidad en la
generación aislada también se puede utilizar una combinación de paneles fotovoltaicos
con un generador diésel.
Fuente: http://minieolicadelanzarote.com/tecnologia_aplicaciones.php
4.2 Sistemas Híbridos Eólico -Fotovoltaico Hidrógeno
Fuente: http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia16/HTML/articulo05.htm
4.3 Sistemas Híbridos. Para Comunidades
aisladas.
Fuente: http://www.fundelec.gob.ve/?q=node/352
4.4 Sistemas Híbridos Eólica – Hidroeléctrica
Fuente: Jaramillo O A, Borja M A, Huacuz J M (2004), Using hydropower to complement wind energy: a hybrid
system to provide firm power, Renewable Energy, 29, 11, 1887–1909.
4.4 Sistemas Híbridos Eólica – Hidroeléctrica
Principales parámetros que afectan a la generación hibrida eólica
hidroeléctrica.
– El recurso eólico;
– El número de turbinas eólicas que se utilizan;
– El recursos hídrico (energía hidroeléctrica disponible);
– El comportamiento de la reserva de agua seleccionado (dependiendo
de las condiciones hidrológicas);
– La capacidad de la planta hidroeléctrica.
Fuente: Jaramillo O A, Borja M A, Huacuz J M (2004), Using hydropower to complement wind energy: a hybrid
system to provide firm power, Renewable Energy, 29, 11, 1887–1909.
5. Almacenamiento de Energía mediante
Sistemas Eólicos
Cuando aumenta la producción de MW en un parque eólico, se
incrementa la posibilidad de cortes por exceso de producción, por
esto se utilizan varios métodos para almacenar la energía:
Almacenamiento de energía mediante bombeo
hidráulico:
Utiliza una combinación de agua y gravedad para capturar la
energía cuando halla exceso de energía y enviarla cuando se la
requiera.
Fuente: Jaramillo O A, Borja M A, Huacuz J M (2004), Using hydropower to complement wind energy: a hybrid
system to provide firm power, Renewable Energy, 29, 11, 1887–1909.
5.1 Almacenamiento de Energía mediante
Bombeo Hidráulico.
Fuente: http://energiaslimpiasyrenovables.blogspot.com/2011/01/energia-hidraulica.html
5.2 Almacenamiento de Energía mediante
Aire Comprimido.
Se almacena en depósitos bajo tierra natural o artificial el aire
a altas presiones cuando la demanda de electricidad es baja
y en horas de mayor demanda se expande el aire moviendo
un tubo generador.
5.2 Almacenamiento de Energía
mediante Aire Comprimido.
Fuente: http://airecomprimidogd.blogspot.com/p/almacenamiento.html
5.3 Almacenamiento de Energía
mediante Baterías.
Consiste en almacenar la energía eléctrica en baterías en
forma de energía química.
Fuente: http://energias-renovables-y-limpias.blogspot.com/2012/07/la-energia-eolica-como-suministro.html
5.4 Almacenamiento de Energía mediante
Energía Química.
Consiste en transformar en hidrogeno la energía obtenido del
generador, la energía eléctrica que se desea almacenar se
deriva a un electrolizador. El H2 obtenido se lo almacena en
recipientes a presión hasta el momento en que debe
emplearse y el O2 se lo libera a la atmosfera.
5.4 Almacenamiento de Energía
mediante Energía Química.
Fuente: imagen: http://www.sotaventogalicia.com/es/proyectos/sistema-de-producion-de-hidrogeno-con-eolica
6. Ventajas
• Mayor fiabilidad de la instalación de energía híbrida, ya que se basa
en más de una fuente de generación de electricidad.
• Reducción de la capacidad de almacenamiento de energía,
especialmente en los casos en que los diferentes FRE utilizadas
presentan un comportamiento complementario.
• Costos de operación y mantenimiento (O & M) menores,
especialmente en los casos en que módulos fotovoltaicos (FV)
reemplazan dispositivos de almacenamiento de energía típicos,
como las baterías de plomo-ácido.
Fuente: Olade 2012
7. Desventajas
• En la mayoría de los casos, el sistema híbrido es
sobredimensionado, ya que los diseñadores de sistemas tratan de
hacer que el sistema en cubra la demanda de carga sin la
contribución de otras fuentes de energía. Este aspecto puede ser
resueltos mediante el uso de nuevos algoritmos de
dimensionamiento.
• El costo de instalación inicial resulta ser bastante alto, aunque el
costo a largo plazo es normalmente bajo. Este elevado costo de
instalación desalienta a algunos inversores potenciales.
Fuente: Olade 2012
Sistema Nacional Interconectado
Fuente: https://www.celec.gob.ec/transelectric/images/stories/baners_home/ley/terminologia.pd