Ruralgridproject. CarmeHervada Carles Jaen JosepPou Jordi Zaragoza Gabriel Capella Ricard Picas. April the 29th, 2013 JCEE'13 1

Transcripción

1 Ruralgridproject CarmeHervada Carles Jaen JosepPou Jordi Zaragoza Gabriel Capella Ricard Picas April the 29th, 2013 JCEE'13 1

2 Ruralgrid Feasibility study in order to introduce renewable energies by means of microgrids in the Pyrenees' Area UNESCO code 3322 Technological development & Research project April the 29th, 2013 JCEE'13 2

3 Summary What s a microgrid? Ruralgrid project objectives Partners Organization Social Committee. Members and tasks Technological Committee. Members and tasks Transfer Committee. Members and tasks Environmental Committee. Members and tasks The Ruralgrid team Bibliography Conclusion April the 29th, 2013 JCEE'13 3

4 What s a microgrid? Microgrids are networks of power supply that can deliver electricity and heat to small communities like small towns, commercial areas, industrial areas, university campus, or others. They can use renewable energies or conventional ones Main differences between a microgrid and a conventional plant : Power supplies have low capability compared to big conventional power plants. Power can be delivered directly to the main grid. Power supplies are mainly installed closer to users. So, there are less losses in distribution wires. At the moment, there are still pending some economic, technical and legal problems when trying to implement a microgrid. Some of those problems are related to climate dependency in order to produce energy ( wind, sun, water, etc) or to the lack of legal regulations to provide a synchronization between microgrids and the main grid. April the 29th, 2013 JCEE'13 4

5 What s a microgrid? April the 29th, 2013 JCEE'13 5

6 Ruralgrid project objectives Under the legal framework to develop the use of renewable energies and the improvement of energetic efficiency Ruralgrid project wants to show that the implementation of microgrids applied to rural areas (in our case Pyrenees area) is possible using the innovation in new technologies. The main goal is to define, design and implement smart control systems allowing a real time regulation and applied to electrical energy microgrid located in the Pyrenees rural area. April the 29th, 2013 JCEE'13 6

7 Partners April the 29th, 2013 JCEE'13 7

8 Partners: Aquitaine Ecole Supérieure des Technologies Industrielles Avancées (ESTIA) Laboratoire de l Intégration du Matériau au Système (IMS) Project code: April the 29th, 2013 JCEE'13 8

9 Partners: Aragón Escuela de Ingeniería Informática de Universidad San Jorge. Instrumentación y componentes (INYCOM) Project code: CTPP14/11 April the 29th, 2013 JCEE'13 9

10 Partners: Catalunya Electrical engineer, PhD student Project code: 2011 CTP April the 29th, 2013 JCEE'13 10

11 Partners: Euskadi Applied Electronics Research Team (APERT) Tecnalia Jema Energy S.A. Project code: CTP11/P7 April the 29th, 2013 JCEE'13 11

12 Partners: Midi Pyrenées Ecole Nationale d'ingénieurs de Tarbes (ENIT) Project code: April the 29th, 2013 JCEE'13 12

13 Organization Social Committee Technological Committee Transfer Committee Environmental Committee April the 29th, 2013 JCEE'13 13

14 Social committee Members ENIT USJ Tasks: 21 Agenda. The 21 Program is a United Nations agreement in order to promote the sustainable development.. It was approved in The United Nations Conference about the Environment and Development, held in Rio de Janeiro on June 1992 Opinion poll April the 29th, 2013 JCEE'13 14

15 Opinion poll DATOS A ANOTAR POR EL ENTREVISTADOR: Municipio objeto de estudio: Fecha de realización: Población de estudio: Tamaño de muestra: personas. Sexo del entrevistado: Hombre Mujer April the 29th, 2013 JCEE'13 15

16 CUESTIONES A REALIZAR: Y me podría indicar su edad? años. Podría decirme el número de personas que viven en su hogar? personas. Cuál es su nivel de estudios? Menos de estudios primarios Educación obligatoria Formación profesional Estudios superiores En qué situación laboral se encuentra actualmente? Trabaja actualmente a jornada completa Trabaja actualmente a media jornada Pensionista / incapacidad Parado, ha trabajado anteriormente Estudiante Otra situación (indique cuál) April the 29th, 2013 JCEE'13 16

17 En qué sector desarrolla su trabajo? Sector primario Sector industrial Sector servicios Sector público Podría indicarme con una nota del 1 al 5 siendo 1 MUY BAJO y 5 MUY ALTO el estado general de los siguientes factores medioambientales de su municipio: Calidad de las Aguas fluviales Calidad del aire Contaminación acústica (Ruido) Gestión de residuos Cree usted que la situación energética actual es un problema para su municipio? Es un problema nada importante Es un problema poco importante No es un problema ni mucho ni poco importante Es un problema bastante importante Es un problema muy importante Sin opinión April the 29th, 2013 JCEE'13 17

18 Conoce de que fuente proviene la electricidad que consume actualmente? Si No No sabe/no contesta Qué fuentes de energía eléctrica conoce? Termoeléctrica Hidroeléctrica Eólica Fotovoltaica Solar térmica Geotérmica Otros Sabe lo que son las Energías Renovables? Sí No No sabe/no contesta Sabe lo que es la generación distribuida o descentralizada de energía? Sí No No sabe/no contesta April the 29th, 2013 JCEE'13 18

19 Cuál es su interés por la implantación de fuentes de energía renovables en tu municipio? Muy poco Poco Regular Bastante Mucho Cuál es su posición ante la generación de energía a partir de fuentes de energía renovables? A favor En contra No sabe/no contesta Qué aspectos le preocuparían más a la hora de instalar un sistema que funcione a partir de fuentes de energía renovables? (Escoja uno de ellos) No conoce la tecnología Precio elevado No conoce instaladores Falta de garantías sobre un correcto funcionamiento. Cree que la instalación de fuentes energía renovables en su municipio sería positivo para sus habitantes? Sí No No sabe/no contesta April the 29th, 2013 JCEE'13 19

20 Cree que el desarrollo económico de su municipio se vería beneficiado por la instalación de fuentes de energía renovable? Sí No No sabe/no contesta A partir de qué Energía Renovable prefiere que se genere la electricidad que consume en casa? Biomasa Solar térmica Solar fotovoltaica Mini hidráulica Eólica En su opinión, cuáles son los mayores obstáculos para el desarrollo de las energías renovables? Financieros Administrativos Oposición social Técnicos Otros, puede precisar: April the 29th, 2013 JCEE'13 20

21 En su opinión, cuáles son las mayores ventajas del desarrollo de las energías renovables? Independencia energética exterior Ambientales Recurso inagotable Abaratamiento a medio plazo del precio de la energía Otros, puede precisar: Si en su municipio se instalara un generador de energía eólica, qué impresión le produciría? Inaceptable por su impacto paisajistico Aceptable siempre que me reduzca el recibo de la luz Aceptable ya que contribuiría al desarrollo sostenible Aceptable ya que contribuiría al desarrollo sostenible y nuevas tecnologías Estaría interesado en cubrir el tejado con casa paneles solares: Sí, siempre que el retorno de la inversión se consiga en 10 años Sí, siempre que el retorno de la inversión se consiga en 6 años Sí, porque favorece el desarrollo sostenible No, desconfío de su eficiencia y rentabilidad del sistema. April the 29th, 2013 JCEE'13 21

22 Si en uno de los arroyos próximos a su localidad se instalara una pequeña exclusa para generación de energía mini-hidráulica: No, porque afectaría el cauce natural y al ecosistema de las aguas Sí, siempre que el tamaño de la exclusa tenga un pequeño impacto ambiental Sí, porque es una energía limpia y barata. Estaría usted dispuesto a cambiar su caldera por una de biomasa? Si, ya que el precio del combustible es mucho más bajo. Si, ya que es mucho más respetuoso con la naturaleza. Si, siempre que existiera alguna subvención para ello. No, prefiero las calderas de siempre. No, desconfío de la eficiencia y rentabilidad del sistema. April the 29th, 2013 JCEE'13 22

23 Technological Committee Members: EHU TECNALIA JEMA UPC Tasks: To contribute to have a feasible generation based on microgrids To optimize the transmitted signal quality To improve the control techniques and the parallelizing techniques of power generators The microgrid will share synchronised converters to deliver their maximum power and achieving an stabilized signal. The remainder power should be distributed to the main grid April the 29th, 2013 JCEE'13 23

24 Goal 1: State of the art I Task 1: Power converters for renewable energies and distributed energy storage systems Power converters: control of power flow between source and grid Control algorithms for: Control of P, Q, V, f, etc. Load: grid, local loads 24 April the 29th, 2013 JCEE'13 24

25 Goal 1: State of the art II Task 1: Power converters for renewable energies and distributed energy storage systems Power converter topologies (1) 25 April the 29th, 2013 JCEE'13 25

26 Goal 1: State of the art III Task 1: Power converters for renewable energies and distributed energy storage systems Power converter topologies (2) 26 April the 29th, 2013 JCEE'13 26

27 Goal 1: State of the art IV Task 1: Power converters for renewable energies and distributed energy storage systems Batteries Plomo-ácido Niquel-cadmio Níquel metalhidruro Litio-ion Litio-Polimero Zinc-aire Sodio Sulfuro ZEBRA Aluminio-aire VRB Nomenclatura Pb-ácido Ni-Cd Ni-MH Li-ion Li-Po Zn-aire Na-S Na-NiCl2 Al-aire V Energía específica Potencia específica Tensión (OCV) Muy baja Muy baja Baja Buena Excelente Buena Buena Baja Excelente Muy baja Buena Baja Muy buena Muy buena Excelente Baja Muy buena Bueno Adecuado Baja** Adecuada Baja Baja Excelente Excelente Baja Buena Bueno Muy bueno Baja Ciclabilidad Baja Alta Baja Excelente Excelente Muy baja Adecuado Muy alta Muy baja** Muy elevada Autodescarga Efecto memoria Tóxico Reciclable Coste estimado Eficiencia Elevada Muy elevada Elevada Baja Baja Elevada Adecuado No Baja ** Baja Sí Sí Sí No No No No No No No Sí Sí Muy poco No No Muy poco No No No Sí Sí Sí Sí No* No* Sí Sí Sí Sí Sí Adecuado Elevado Elevado Elevado Adecuado Bajo Muy elevado Muy elevado Muy bajo Adecuado Adecuada Adecuada Baja Excelente Excelente Muy baja Adecuada Adecuada Muy baja Adecuada No EV No EV Ha sido EV EV En un futuro EV No EV No EV EV En un futuro EV No EV 27 April the 29th, 2013 JCEE'13 27

28 Goal 1: State of the art V Task 1: Power converters for renewable energies and distributed energy storage systems Others 28 April the 29th, 2013 JCEE'13 28

29 Goal 2: Architecture of the microgrid Task 4: Power converters in the microgrid and energy transmission Variability of renewable sources Potential for active load control Bidireccional power flow AC DC 29 April the 29th, 2013 JCEE'13 29

30 Modular Multilevel Converter (MMC) The MMC is a VSC based multilevel topology Its principal feature is modularity, which provides scalability, reliability and compatibility with commercial semiconductors. Nowadays is the principal candidate for high voltage direct current (HVDC) transmission systems. 30 April the 29th, 2013 JCEE'13 30

31 Modular Multilevel Converter (MMC) N series connected SubModules (SM) SM state: Enabled V SM =V C Disabled V SM =0 Inductors for limiting fault currents 31 April the 29th, 2013 JCEE'13 31

32 Modular Multilevel Converter (MMC) 32 April the 29th, 2013 JCEE'13 32

33 Goal 3: Simulation environment I Task 7: Mathematical model of the elements in a microgrid Development of microgrid s linear model Design of two level hierarchical control by the implemented linear model 33 April the 29th, 2013 JCEE'13 33

34 Goal 3: Simulation environment II Task 10: Integration of models of power converters and generators. Model of the microgrid by means of software tools Matlab Simulation in several conditions Interaction between the implemented models Island and grid connected microgrids Several kind of power converters Different load conditions Microgrid performance in limit cases 34 April the 29th, 2013 JCEE'13 34

35 Transfer Committee Members: INYCOM ESTIA ENIT USJ Tasks: Show that the microgrids are economically feasible April the 29th, 2013 JCEE'13 35

36 Environmental Committee Members: INYCOM ESTIA IMS LOREKI ENIT USJ UPC Tasks: State of the art analysis: Characterizing of commercial low power generators (especial emphasis on renewable energies). Compromise between energy generation and environmental impact: Definition of energetic needs of a rural area town in order to improve the energetic efficiency and introduce new technologies. Adjust the power generation to the climate, land and economy of the selected rural town. Make a simulation: Design a microgrid devoted to the optimization of the energetic resources in a rural town located in the Pyrenees. April the 29th, 2013 JCEE'13 36

37 Towns under study (I) Salazar Valley (Navarra) April the 29th, 2013 JCEE'13 37

38 Towns under study (II) Chalets d Iraty (Aquitaine) April the 29th, 2013 JCEE'13 38

39 Towns under study (III) Pessonada, Conca de Dalt (Pallars Jussà) Population 51 (2008) Pending Consumption data April the 29th, 2013 JCEE'13 39

40 Towns under study (IV) Rivert, Conca de Dalt (Pallars Jussà) Population 31 (2008) Mini hydropower plant Available Consumption data April the 29th, 2013 JCEE'13 40

41 Towns under study (V) Bóixols (Pallars Jussà) Population 21 (2008) Pending Consumption data April the 29th, 2013 JCEE'13 41

42 Towns under study (VI) Sant Pau de Seguries (Ripollès) Population 699 (2008) Mini hydropower plant (700kVA) Available consumption data (2011) Simulation by Homer Energy environment April the 29th, 2013 JCEE'13 42

43 Homer Energy Software Optimization of Distributed Generation systems, both on and offgrid. Economic and technical feasibility of different technology options. Multiple power sources, loads and storage systems. April the 29th, 2013 JCEE'13 43

44 Homer Energy Software Choice of the economical optimum distribution of power sources and its profitability April the 29th, 2013 JCEE'13 44

45 Microgrid Simulation Real consumption and generation data Two types of consumers with different hourly profiles April the 29th, 2013 JCEE'13 45

46 Microgrid Simulation Principal power source: Hydroelectric turbine Secondary sources: PV panels and eolic turbines April the 29th, 2013 JCEE'13 46

47 Microgrid Simulation Storage Batteries supply loads when generation is insufficient April the 29th, 2013 JCEE'13 47

48 Microgrid Simulation Estimation of the distance where installation of isolated microgrid is cheaper than grid construction April the 29th, 2013 JCEE'13 48

49 Ruralgrid team Ruralgrid meeting in Tarbes (France) on March 2012 April the 29th, 2013 JCEE'13 49

50 Bibliography crogrid_briefing_52010.pdf electcommittee.pdf ergy_initiative_for_panel_v2_5_19_10.pdf April the 29th, 2013 JCEE'13 50

51 Conclusions The structure in committees has been useful All committees are still working in their tasks The project will finish in December Final conclusions will be carried out later. April the 29th, 2013 JCEE'13 51