8. Resultados de la simulación

Transcripción

1 8. Resultados de la simulación 8.1. Sin almacenamiento en baterías La primera parte de la simulación de la instalación en HOMER se ha realizado sin la existencia de baterías. Figura 44: Esquema general de un sistema sin almacenamiento con baterías Demanda constante En este punto del estudio la demanda eléctrica de la planta se ha supuesto constante a lo largo del año, con un valor de 1,65 MW. Figura 45: Curva de consumo eléctrico constante de la planta de NH 3 NOTA: Cuando en los resultados de la simulación se hace referencia a red cerrada, o sin red, quiere decir que, aunque el sistema esta conectado a la red, a la hora de hacer la simulación HOMER tiene la opción de bloquear el acceso a la electricidad que la red puede aportar. Sin embargo, cuando se dice red abierta, o con red, el sistema puede tomar de la red toda la energía que HOMER considere necesario. 84

2 Simulación cuando el sistema no puede tomar energía eléctrica de la red. Figura 46: Resultados óptimos de HOMER sin baterías, demanda constante y red cerrada Figura 47: Resumen de costes sin baterías, demanda constante y red cerrada Figura 48: Resumen eléctrico sin baterías, demanda constante y red cerrada En esta situación, la solución óptima que propone el programa de simulación sólo esta formada por energía fotovoltaica. Se observa en el gráfico del resumen eléctrico, tal y como era de esperar, que la producción de energía en los meses centrales del año es mayor que en el resto, debido a la mayor radiación solar incidente en esa época. 85

3 Simulación en el caso de que la red está abierta y la planta en estudio pueda tomar de ella toda la energía que requiera. Figura 49: Resultados óptimos de HOMER sin baterías, demanda constante y red abierta Figura 50: Resumen de costes sin baterías, demanda constante y red cerrada Figura 51: Resumen eléctrico sin baterías, demanda constante y red cerrada En este caso, HOMER determina que la mejor solución es no instalar energías renovables, y satisfacer la demanda de la planta industrial con energía eléctrica comprada de la red. Esta solución coincide la situación actual de la planta de producción NH 3, con la salvedad de la hipótesis de que la demanda de energía eléctrica es constante. 86

4 Demanda variable Ahora el sistema de estudio es igual que el anterior, sólo varía el perfil de la demanda, que pasa a ser variable en el tiempo. Figura 52: Curva de consumo eléctrico variable de la planta de NH 3 87

5 Simulación cuando el sistema no puede tomar energía eléctrica de la red. Figura 53: Resultados óptimos de HOMER sin baterías, demanda variable y red cerrada Figura 54: Resumen de costes sin baterías, demanda variable y red cerrada Figura 55: Resumen eléctrico sin baterías, demanda constante y red cerrada La solución óptima de HOMER vuelve a estar compuesta únicamente por energía solar fotovoltaica, que produce más electricidad en los meses con mayor radiación solar. La energía anual producida coincide con la del caso en la que la demanda en constante. 88

6 Simulación en el caso de que la red está abierta y la planta en estudio pueda tomar de ella toda la energía que requiera. Figura 56: Resultados óptimos de HOMER sin baterías, demanda variable y red abierta Figura 57: Resumen de costes sin baterías, demanda variable y red cerrada Figura 58: Resumen eléctrico sin baterías, demanda constante y red cerrada En esta situación, la solución óptima requiere energía eléctrica solamente de la red, no impone la instalación de un campo solar fotovoltaico ni un campo eólico. Como la demanda se ha considerado variable, la adquisición de electricidad de la red ya no es constante, como en su caso homólogo anterior, ahora es variable a lo largo del tiempo. 89

7 8.2. Con almacenamiento en baterías En el caso de que haya almacenamiento, el sistema de generación cuenta con un conjunto de baterías donde acumular la energía si fuese necesario. Dado que las baterías funcionan en corriente continua (DC), y la barra izquierda de la siguiente figura, es decir, la barra que aporta la energía generada o comprada de la red a la planta de amoniaco lo hacen en corriente alterna (AC), debe haber un inversor que transforme la energía eléctrica en AC o DC en función del sentido que esta lleve. Figura 59: Esquema general de un sistema con almacenamiento con baterías 90

8 Demanda constante Simulación cuando el sistema no puede tomar energía eléctrica de la red. Figura 60: Resultados óptimos de HOMER con baterías, demanda variable y red cerrada Figura 61: Resumen de costes con baterías, demanda variable y red cerrada Figura 62: Resumen eléctrico con baterías, demanda constante y red cerrada Con la instalación de las baterías la solución es casi igual que la situación análoga cuando no había baterías, ya que éstas se usan una parte muy pequeña del año. La solución óptima sólo necesita de energía solar fotovoltaica para una reducida producción anual de energía eléctrica. 91

9 Simulación en el caso de que la red esta abierta y la planta en estudio pueda tomar de ella toda la energía que requiera. Figura 63: Resultados óptimos de HOMER con baterías, demanda constante y red abierta Figura 64: Resumen de costes con baterías, demanda constante y red abierta Figura 65: Resumen eléctrico con baterías, demanda constante y red abierta En esta situación la producción eléctrica mensual esta formada por energía solar fotovoltaica en una fracción muy pequeña y por energía eléctrica comprada a la red. El perfil de producción se repite mes a mes, con la salvedad de que en los meses centrales del año la producción de energía por parte fotovoltaica es un poco mayor. Las baterías juegan un papel mínimo. 92

10 Demanda variable Simulación cuando el sistema no puede tomar energía eléctrica de la red. Figura 66: Resultados óptimos de HOMER con baterías, demanda variable y red cerrada Figura 67: Resumen de costes con baterías, demanda variable y red cerrada Figura 68: Resumen eléctrico con baterías, demanda variable y red cerrada En esta simulación el acceso a la red está cerrado, por lo que toda la generación se realiza por medio de energía solar fotovoltaica. Aunque en la solución óptima aparecen baterías, prácticamente su uso es nulo a lo largo del año. 93

11 Simulación en el caso de que la red está abierta y la planta en estudio pueda tomar de ella toda la energía que requiera. Figura 69: Resultados óptimos de HOMER con baterías, demanda variable y red abierta Figura 70: Resumen de costes con baterías, demanda variable y red abierta Figura 71: Resumen eléctrico con baterías, demanda variable y red cerrada Esta es la simulación más compleja, o mejor dicho, más real. La demanda eléctrica por parte de la planta es satisfecha de manera variable por energía eléctrica comprada de la red, y por una pequeña fracción de energía solar fotovoltaica. Fracción que es mayor en los meses centrales del año. 94

12 8.3. Otros resultados Análisis de sensibilidad en función de la fracción de energía renovable Este análisis es muy interesante, ya que proporciona información de los costes y de la cantidad de energía eléctrica generada por cada tipo de fuente energética, en función de la fracción de energía renovable que se desea que tenga la instalación. El estudio se ha realizado para el caso más completo: cuando existen baterías y la instalación está conectada a la red. Figura 72: Resultados óptimos de HOMER en función de la fracción de energía renovable 95

13 8.4. Análisis de los resultados Comparación de resultados entre demanda constante y demanda variable. NPC ( /kw h) Constante Variable Diferencia (%) Sin Baterías Sin Red Con Red Con Baterías Sin Red Con Red Tabla 19: Comparación del NPC entre demanda constante y demanda variable. Consumo (kw h/año) Constante Variable Diferencia (%) Sin Baterías Sin Red Con Red Con Baterías Sin Red Con Red Tabla 20: Comparación del consumo eléctrico anual entre demanda constante y demanda variable La diferencia entre considerar la demanda constante y la demanda variable es mínima. Lo que significa que el sistema en estudio se comporta de forma estable antes cambios bruscos en la demanda Análisis de los resultados en función de la fracción de energías renovables Aumentar la fracción del sistema en energía renovable, produce un incremento en el precio de generación de la energía eléctrica. Cuanta más fracción de energía renovable tenga el sistema, mayor es la inversión inicial, y mayor es el coste de la energía generada. El coste de las energías renovables es muy elevado, y desde el punto de vista económico, compensa más comprar energía eléctrica de la red, que generarla con tecnología renovable. 96

14 Precio ($/kw h) Fracción de Energía Renovables Figura 73: Precio de kw h en función de la fracción de energía renovable 2.00E+07 Inversión Inicial ($) 1.50E E E E Fracción de Energía Renovable No se puede exigir un valor de energía renovable por encima del 0.70, dado que no hay recursos renovables como para instalar tantos paneles y aerogeneradores para cubrir esa fracción. Por eso, en las gráficas anteriores no hay valores para las fracciones 0.8, 0.9 y Análisis de la solución óptima para cada configuración Cuando se analizan los resultados óptimos que propone HOMER para cada configuración que se ha estudiado, se observa que la mejor solución siempre está constituida por paneles fotovoltaicos y no generadores eólicos, aunque los primeros son más caros por kw instalado que los segundos (2.8 /kw fotovoltaico frente a 1 /kw eólico). Esto es, debido a que en la zona geográfica de Huelva, donde se ha desarrollado el estudio, el recurso solar es mucho más abundante que el recurso eólico, por lo que la eficacia de los paneles solares es mucho mayor que la de los aerogeneradores, y por lo tanto, más rentable. Los aerogeneradores son capaces de generar 850 kw cuando el viento es de 13 a 28 Km/h, pero esas velocidades no se suelen dar en la zona, 97

15 por lo que casi siempre van a funcionar por debajo de su potencia nominal, disminuyendo su rendimiento en gran medida. HOMER ayuda a entender esta conclusión con los gráficos que genera para cada solución óptima que calcula. Se elije una solución óptima en la que entran en juego la energía fotovoltaica y la energía eólica: Figura 75: Solución óptima de HOMER que posee energía solar fotovoltaica y energía eólica Analizando los gráficos de potencia de salida para ambas tecnologías se comprender mejor la conclusión explicada anteriormente. Figura 76: Resumen de potencia de salida anual para los paneles fotovoltaicos Figura 77: Resumen de potencia de salida anual para los aerogeneradores Comparando ambas figuras, se puede comprobar que para el caso fotovoltaico el gráfico esta coloreado por colores cálidos que muestran un funcionamiento más próximo al funcionamiento nominal. Sin embargo, para el caso de las turbinas de viento, el gráfico muestra puntos donde predominan los tonos azules, lo que significa que los aerogeneradores no función a plena carga. Llegando a la conclusión anterior, de que los paneles solares son más eficientes que los aerogeneradores, y por lo tanto más rentables. 98

16 Comparación de los resultados entre el sistema sin almacenamiento y con almacenamiento Desde el punto de vista energético, según se ha realizado el estudio, el papel de las baterías y el almacenamiento de energía eléctrica en ellas es muy pequeño. Cuando el sistema está conectado a la red eléctrica externa, el tamaño de las energía renovables es muy pequeño, y la poca energía que van a generar se va a usar para satisfacer la demanda de la planta de NH 3, y nunca para cargar las baterías. Es decir, la solución óptima de HOMER es tan pequeña en energía renovable instalada que nunca van a poder generar suficiente energía eléctrica como para satisfacer la demanda eléctrica de la planta y que sobre energía para cargar las baterías. La demanda siempre estará satisfecha con energía eléctrica renovable y con energía eléctrica de la red. Por ello en el resumen de actividad eléctrica de las baterías a lo largo del año, la tabla está a cero para la energía gestionada por ellas: Tabla 21: Resumen energético anual de las baterías cuando la solución óptima no tiene mucha energía renovable instalada, o cuando el sistema esta conectado a la red Sin embargo, cuando el sistema no está conectado a la red y la cantidad de potencia renovable instalada es suficiente como para generar energía eléctrica, y que sobre parte de ella para la carga de las baterías, la tabla anterior ya no toma valores cero. De esta manera, las baterías empiezan a entrar en juego: Tabla 22: Resumen energético de las baterías cuando la solución óptima tiene mucha energía renovable instalada y el sistema no está conectado a la red 99