Soluciones para integración Diesel-Fotovoltaica.

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Isabel del Río Plaza
hace 7 años
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1 Soluciones para integración Diesel-Fotovoltaica. Roberto González Director Departamento I+D Solar Fotovoltaica Ingeteam Power Technology S.A. UC3M. IV JORNADA SOLAR FOTOVOLTAICA. Madrid, 12 de marzo de 2014.

2 Contenidos: 1. Generación Diesel 2. Hibridación Diesel-Fotovoltaica 3. Sistemas con Ingecon EMS Manager 4. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager 5. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager y baterías 6. Conclusiones

3 Más de personas 13 países 6 sectores División ENERGÍA División INDUSTRIA División NAVAL División TRACCIÓN División TECNOL.. BÁSICAS División SERVICIOS

Wind entre 2,5kW y 12MW Más de 20GW suministrados en todo el mundo

4 División Energía Fotovoltaica: Inversores Ingecon Sun entre 2,5 y 1000kW. Más de 3,5GW suministrados en todo el mundo Eólica: Inversores Ingecon Wind entre 2,5kW y 12MW Más de 20GW suministrados en todo el mundo Control de plantas Termosolar Hidroeléctrica Biomasa Biocombustibles Smart-grid

5 LCOE ( /kwh) 1. Generación diesel Ventajas: Generación de redes aisladas sencillas Inversión inicial moderada Inconvenientes: Gran dependencia del diesel Emisión CO 2 Alto coste de la energía (aumento del precio del diesel) 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 /l Diesel CapEx =0,3 /W; O&M= 3% anual; Interés= 6,4% a 12 años Coste diesel: Precio actual + 3%/anual

6 1. Generación diesel Tipos de sistemas diesel: Operación continua Bajo demanda Diesel único Multi-Diesel Droop-Control u otros Multi-Diesel Control Maestro-Esclavo Los generadores no se apagan Los generadores se apagan con poca carga Características de los generadores diesel: Ajuste de la generación al consumo Permiten escalones de carga de hasta el 30-35%* Carga mínima recomendada del 30%* * Según generador utilizado

7 2. Hibridación Diesel-Fotovoltaica Los generadores diesel establecen la red (fuente de tensión) La energía fotovoltaica se ve como una reducción de carga Ventajas: Reducción consumo diesel Menor coste de la energía Recurso ilimitado Disponibilidad de recurso (Horas Sol Pico - HSP)

8 2. Hibridación Diesel-Fotovoltaica

9 /kwh /kwh 2. Hibridación Diesel-Fotovoltaica 0,50 LCOE on PV based systems 0,40 0,30 0,20 0,10 2,00 /Wp 1,50 /Wp 0, ,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 HSP LCOE on genset systems 0,00 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 /l PV CapEX = 2 1,5 /Wp; PV OpEx : 1,5% annual; Degradation: 0,4% annual; PR= 0,85, 20 years Diesel CapEx =0,3 /W; Diesel OpEx = 3% annual; Diesel cost: actual price + 3%/annual Interest loan= 6,4%,12 years Time: 20 years

10 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 Power (kw) 2. Hibridación Diesel-Fotovoltaica Ejemplo de sistema Diesel Fotovoltaica: P GEN = 400kW P LOAD = 310 kw E LOAD = 6639 kwh P FV = 225 kw E FV = 1793 kwh FV 27% 50 0 Gen 73%

11 2. Hibridación Diesel-Fotovoltaica Retos de la integración Diesel-Fotovoltaica : Garantizar carga mínima del generador (mayor vida útil del motor) Protección contra flujo de potencia inversa Estabilidad frente a variaciones de irradiancia (paso de nubes) Para lograr una gran penetración fotovoltaica: Es necesario un elemento de control. Cambio modo funcionamiento inversor: MPPT Consigna de potencia Soluciones: Solución 1: Sistemas con Ingecon EMS Manager Solución 2: Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Solución 3: Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager y baterías La elección de una u otra queda determinada por el tipo de sistema diesel.

12 3. Sistemas con Ingecon EMS Manager Válido para sistemas de operación continua nuevos o ya existentes.

13 3. Sistemas con Ingecon EMS Manager Elementos del sistema Ingecon EMS Manager Elemento de gestión Comunicación con: vatímetro inversores Control de cargas Vatímetro Inversores de conexión a red Ingecon Sun homologados: Ingecon SUN 1play Ingecon SUN 3Play Ingecon SUN Power Ingecon SUN Power Max

14 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 Power (kw) 3. Sistemas con Ingecon EMS Manager Funcionalidades del sistema: Garantiza la carga mínima del generador. Protección contra potencia inversa Monitorización (Ingecon EMS Tools) Posibilidad de controlar cargas Estabilidad frente a variaciones de irradiancia garantizada mediante la reserva rodante por dimensionado Ejemplo funcionamiento Eventos: 1. Desconexión de carga 150kW 2. Bajada de irradiancia

15 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 Power (kw) 3. Sistemas con Ingecon EMS Manager Dimensionado del sistema: P FV = P LOAD - P GEN,min Ejemplo: P GEN = 400kW P LOAD = 300 kw P FV = 225 kw P GEN,min = 0,25 400kW E LOAD = 6639 kwh E FV = 1793 kwh FV 27% Gen 73% % ahorro diesel

16 4. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Válido para sistemas nuevos o ya existentes: Operación continua Bajo demanda (Control externo Maestro/Esclavo generadores)

Comunicación (Ethernet cable o fibra óptica): Vatímetro general Inversores

17 4. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Elementos del sistema Ingecon EMS Plant Manager Controlador PLC. Comunicación (Ethernet cable o fibra óptica): Vatímetro general Inversores Generadores (Vatímetros o Modbus TCP). Vatímetro Inversores de conexión a red Ingecon Sun homologados: Ingecon SUN 3Play Ingecon SUN Power Ingecon SUN Power Max

18 4. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Funcionalidades del sistema: Garantizar carga mínima del generador Protección contra potencia inversa Monitorización Garantizar reserva rodante Control de reactiva Estabilidad frente a variaciones de irradiancia garantizada por control.

19 4. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Dimensionado del sistema: La máxima penetración fotovoltaica queda determinada por el valor de carga que utiliza el control M/S de los generadores diesel para apagarlos (% off ). Reserva rodante: Controlador generadores: N on P GEN P LOAD P FV,garantizada N on P GEN % off P LOAD P FV Ejemplo de dimensionado P GEN = 1600kW N GEN = 12 P LOAD = 12500kW % off 40% 75% P FV (kw) N on 7 8 Se recomienda bajar el valor de carga de apagado de generadores

20 4. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Ejemplo de dimensionado P GEN = 1600kW N GEN = 12 P LOAD = 12500kW % off = auto (75%) P FV = 3000kW N on = 8 14K 12K 10K 8K 6K 4K 2K 0K Pload Pdiesel Pfv Non GenLoad Prequired PSpinRes Time (s)

21 4. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Ejemplo de dimensionado P GEN = 1600kW N GEN = 12 P LOAD = 12500kW % off = 40% P FV = 8000kW N on = 7 14K 12K 10K 8K 6K 4K 2K 0K Pload Pdiesel Pfv Non GenLoad Prequired PSpinRes 16K 14K 12K 10K 8K 6K 4K Time (s)

22 5. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager y baterías El uso de baterías permite: Aumentar la penetración fotovoltaica. No es necesario reserva rodante Parar generadores Baterías de poca capacidad (asociada al tiempo de arranque de los diesel) P FV + P BAT :

23 5. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager y baterías No es necesario monitorizar la producción de los diferentes generadores Inversor para baterías homologado: Ingecon EMS Plants Funcionalidades del sistema: Garantizar carga mínima del generador Protección contra potencia inversa Monitorización Control de rampas Control de reactiva Válido para sistemas nuevos o ya existentes: Operación continua Bajo demanda (Control externo Maestro/Esclavo generadores)

24 5. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager y baterías Dimensionado del sistema: Se recomienda que los generadores aporten en todo momento al menos un 30% de la carga para garantizar la estabilidad del sistema: Armónicos de corriente de las cargas Escalones de carga Secuencia inversa (cargas desequilibradas) Potencia fotovoltaica recomendada P FV 0,7 P LOAD P BAT 0,8 P FV Ejemplo de dimensionado: P GEN = 1600kW P LOAD = 12500kW P FV = 8500kW N GEN = 12 N on = 3 P BAT = 6800kW T GEN,start = 60s

25 5. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager y baterías Comportamiento ante una bajada de irradiancia del 100% al 20% Pelec Pdiesel Pdiesel+Pelec Ppv 14K 12K 10K 8K 6K 4K 2K 0K Navailable Nrequired P GEN = 1600kW N GEN = 12 T GEN,start = 60s P LOAD = 12500kW P FV = 8500kW P BAT = 6800kW DieselRatio Time (s)

26 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Power (kw) 5. Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager y baterías Generación fotovoltaica Consumo Aumentar capacidad almacenamiento Apagado completo generadores Uso inversores Ingecon Hybrid AC Link. 90,0 80,0 70,0 60,0 Diesel generation + PV + Storage 50,0 40,0 30,0 PV Gen Batterie 20,0 10,0 0,0

27 6. Conclusiones La integración de energía fotovoltaica en sistemas diesel permite: Reducir consumo diesel Reducir coste de la energía Soluciones Ingeteam: Sistemas con Ingecon EMS Manager Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager Sistemas con Ingecon EMS Plant Manager + Baterías Características: Válidas para instalaciones nuevas o ya existentes. Garantizan carga mínima del generador Protección contra flujo de potencia inversa Garantizan estabilidad frente a variaciones de irradiancia

28 Gracias por su atención Roberto González Director Departamento I+D Solar Fotovoltaica Ingeteam Power Technology S.A.

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