Eólica de Media Potencia en Generación Distribuida y Sistemas Híbridos o Aislados

Transcripción

1 Eólica de Media Potencia en Generación Distribuida y Sistemas Híbridos o Aislados Integración en red: Soluciones para altas penetraciones eólicas en sistemas insulares Las Palmas, 9 Noviembre 2010

2 ÍNDICE 1.Eólica de Media Potencia 2.Aplicaciones en Generación Distribuida 3.Sistemas Híbridos 4.Sistemas Autónomos 5. Conclusiones 1

3 1.Eólica de Media Potencia 1.Eólica de Media Potencia 2.Aplicaciones en Generación Distribuida 3.Sistemas Híbridos 4.Sistemas Autónomos 5. Conclusiones 2

4 1. El Grupo Norvento Enerxía NORVENTO es un grupo energético con más de un cuarto de siglo de experiencia en el aprovechamiento de las energías renovables, lo que le ha permitido posicionarse como líder energético en Galicia, su comunidad autónoma de origen. Opera y gestiona 500 MW renovables: Minihidráulica Eólica Biomasa Solar Incluye entre sus actividades: Estudio de recurso Tramitación Elaboración y ejecución de los proyectos de ingeniería civil y eléctrica Operación y mantenimiento de sus instalaciones Este conocimiento integral del negocio y su solidez financiera permiten a NORVENTO afrontar con garantías de éxito un ambicioso plan de expansión nacional e internacional, por el cual desarrollará unos 1500MW a corto y medio plazo. Asimismo, posibilitan la apuesta de NORVENTO por nuevas oportunidades en el campo de las energías renovables, a través de Norvento Energía Distribuida. 3

5 2. Qué es la eólica de media potencia? Se trata del uso de aerogeneradores de hasta 300kW de potencia unitaria, en instalaciones orientadas al autoconsumo Cubre el hueco entre las pequeñas instalaciones domésticas (microgeneración) y las grandes plantas de generación (parques eólicos) PLANTAS DE GENERACIÓN: Gran eólica APLICACIONES DOMÉSTICAS: Micro/minieólica APLICACIONES INDUSTRIALES: Minieólica/Eólica de Media Potencia 4

6 1.Eólica de Media Potencia 2.Aplicaciones Generación Distribuida 3.Sistemas Híbridos 4.Sistemas Autónomos 5. Conclusiones 5

7 3. Aplicaciones comerciales e industriales de la Media Potencia conectada a Red El fundamento de estas aplicaciones es generar in situ y mediante energías renovables parte de la energía eléctrica que necesita el consumidor industrial o comercial. Por tanto, estas aplicaciones cuentan con las siguientes ventajas: Para el propietario de la instalación: Reduce su factura eléctrica, aumentando su competitividad. Mejora su imagen como empresa u organización. Para el sistema eléctrico: Se reducen las pérdidas de transporte y distribución. Aumenta la penetración de las energías renovables sin necesidad de nuevas infraestructuras eléctricas. Mejora la calidad del suministro en la red de distribución (con las prestaciones de los aerogeneradores de última generación) Para la sociedad en general: Se reducen las emisiones y el impacto medioambiental de las infraestructuras eléctricas Se desarrolla un tejido productivo que genera empleo y riqueza a nivel local (energía distribuida = riqueza distribuida) 6

8 3. Aplicaciones comerciales e industriales de la Media Potencia conectada a Red et/projects/the_time_factory.html Polígonos industriales o empresas con consumos elevados. Empresas agropecuarias (especialmente con riegos). Complejos turísticos y de ocio. Edificios e instalaciones del sector público situadas en lugares expuestos al viento. Urbanizaciones en zonas abiertas. Electrolineras, para recarga de vehículos eléctricos

9 4. Requisitos del producto ALTA EFICIENCIA SEGURIDAD GARANTIZADA INTEGRACIÓN EN RED Control activo: Orientación Paso de pala (pitch) Velocidad de giro Know-how y herramientas avanzadas de cálculo y simulación Certificación según estándares internacionales Calidad de energía Convertidor de potencia: Control de reactiva Control de tensión Huecos de tensión. 8

10 4. Requisitos del producto VIENTOS BAJOS atlaseolico.idae.bmp INSTALACIÓN DISPERSA SIN PERSONAL DE O&M IN SITU Proporcionalmente, rotores mayores y torres más altas Reducidos medios de transporte e instalación Sistemas sencillos, de máxima fiabilidad y mínimo mantenimiento Servicio Técnico a domicilio 9

11 5. Aerogenerador NED BASES DEL DISEÑO Parámetros básicos: Potencia nominal: 100 kw Diámetro del rótor: 22 m Altura del buje: 37 m Para vientos bajos y moderados: Optimizado para clase IV 5.5m/s 20 km/h 2200 HAE Diseño con cargas de clase III 7.5m/s 27 km/h ráfagas 52.5m/s 190 km/h Concepto Control activo de la velocidad de giro, el paso de pala y la orientación. Convertidor de potencia ( full converter ), permitiendo cumplir los códigos de red más exigentes y mejorar los parámetros eléctricos de la red de distribución (control de reactiva, etc.). Accionamiento directo, sin multiplicador, incrementando al máximo la fiabilidad de la máquina para instalaciones distribuidas. Máxima simplicidad de operación: una revisión anual por parte del equipo de mantenimiento, sin intervención del propietario en la operación de la máquina. 10

12 6. Necesidades Eólica de Media Potencia conectada a red Trámites Administrativos o Es necesario establecer un procedimiento simplificado para la tramitación de estas instalaciones. o Creación de un grupo específico (separado de gran eólica ) en legislación y asignaciones de potencia en pre-registro. Marco Retributivo o Es la energía renovable más competitiva en aplicaciones industriales de energía distribuida. o El coste de generación está cerca del precio de la energía final que paga el consumidor industrial (cerca de paridad de red). o Se necesitan mecanismos de retribución adaptados a la potencia (tarifa regulada) o a la aplicación (net-metering). Requisitos técnicos o Seguridad y calidad: deben establecerse requisitos de certificación que eviten la instalación de máquinas que no hayan demostrado cumplir con la normativa vigente. o Conexión a red: es necesario establecer requisitos de conexión y controlabilidad que permitan integrar esta fuente de energía con seguridad para el sistema eléctrico. 11

13 1.Eólica de Media Potencia 2.Aplicaciones en Generación Distribuida 3.Sistemas Híbridos 3.Sistemas Híbridos 4.Sistemas Autónomos 5. Conclusiones 12

14 7. Sistemas Híbridos. Aplicación Aplicaciones de los Sistemas Híbridos Poblaciones o instalaciones que por situación geográfica o grado de desarrollo del entorno tienen dificultades de acceso de forma continua, estable y suficiente a una red eléctrica. Conexión con red es inabordable, Coste económico. Problemas medioambientales, sociales, etc. Sistemas Convencionales Generación eléctrica con grupos diesel o pequeñas centrales. Localizaciones remotas, difícil acceso, etc. - Alto coste del combustible. - Riesgo de vertidos. Sistemas Híbridos Renovables Reducen la dependencia del combustible y fuentes externas. Aprovechamiento recursos locales. Mejoran rentabilidad de sistema (menor coste generación). Ventajas medioambientales. 13

15 7. Sistemas Híbridos. Wind-Diesel Cuando un sistema es Híbrido? Potencia renovable instalada del mismo orden que la convencional, penetración importante. El sistema tiene que participar en la regulación y control del sistema eléctrico resultante. Sistemas eólico-diesel (Wind-diesel) Generación eólica en paralelo con los grupos diesel para reducir el consumo de combustible. Servicios de control de Tensión y frecuencia de la red realizados por grupos diesel y sus controles estándar. Siempre queda al menos un grupo conectado. Respuesta ante variaciones en red (V y f) la realizan los grupos (Q y P). Control sistema híbrido, ajusta la producción eólica y/o las cargas del sistema, para maximizar el ahorro en función de las condiciones de viento y consumos sistema. Los aerogeneradores se ven en el sistema como cargas negativas. Se prima sencillez y seguridad de suministro frente a penetración eólica (suministro de una población por ejemplo). Optimización. Posibilidad de incluir sistemas de almacenamiento, Alta capacidad. Aumentar el desplazamiento de generación convencional (HP, EZ+FC, CAESS). Baja capacidad. Optimizar la operación de los diesel (FESS, BESS). La conexión de instalaciones de pequeño tamaño puede considerarse generación distribuida Grupos diesel son sistemas muy robustos y sus controles sencillos, responsabilidad control. Aerogeneradores, producción energía. Permiten desplazamientos del 40% energía consumida (sin sistemas de almacenamiento) 14

16 7. Sistemas Híbridos. Funcionamiento I Control Sistema Híbrido OBJETIVOS Maximizar la generación eólica en función de las condiciones de viento y demanda del sistema. Mantener seguridad suministro. Es necesario adaptar potencia entregada por el sistema a los consumos existentes. Control potencia en Aerogeneradores (Pitch Variable). Utilización de cargas regulables. Resistencias. En ambientes fríos calentamiento de agua. Sistemas de almacenamiento (HP, CAES, EZ+FC). Grupos Diesel. Mínima generación limitada por problemas técnicos (problemas si medio plazo Pav < 30%) Control gestiona apagado y encendido de los grupos. Optimización del diseño, Gestión Reactiva. Combinación grupos diesel diferentes potencias. Grupos preparados para funcionamiento a bajas cargas (10%). Modificación diesel. Operación como motor. Producción-Consumo Q por aerogeneradores Diesel, pequeñas variaciones para control V. Gestión de los sistemas de almacenamiento Optimización generación, reducir arranque/parada. Mantenimiento de reserva (spinning) que cubra la caída del aerogenerador con mayor producción (Diesel o BESS-FESS). Fundamental poder limitar potencia o aumentar carga en caso de exceso de generación Permite optimizar el sistema y reducir consumo de diesel Optimiza punto funcionamiento generador síncrono (cos φ 1) Seguridad de suministro 15

17 7. Sistemas Híbridos. Funcionamiento II a) Viento Bajo. El sistema diesel genera la mayor parte de la demanda. b) Viento Creciente. La generación eólica aumenta y baja el diesel. Apagado de grupos. Viento c) Conexión brusca de carga. La respuesta se realiza por los grupos diesel, pero la carga se asume por los aerogeneradores a corto plazo. Eólica Diesel Carga en Sistema Diesel Pmin Limitación Potencia Posibilidad de optimizar arranques diesel d) Variación viento. La potencia generada entre diesel y eólica se ajusta para coincidir con la carga e) Desconexión brusca de carga. La respuesta se realiza por los grupos diesel, pero la carga se asume por los aerogeneradores a corto plazo. 16

18 7. Sistemas Híbridos. Ejemplos Proyecto: Denham Año: 1998/1999/2007 Sistema Diesel: 2x280kW + 2x580kW + 2x250kW LLD Sistema Eólico: (3+1)x230kW Otros: Flywheel Lugar: Denham WA (Australia) Promotor: Verve Energy ENERCON E-30/33 Proyecto: Cascade Año: -- Sistema Diesel: -- kw Sistema Eólico: 2x100kW NORTHERN POWER 100 Lugar: Village of Cascade Wisconsin (USA) Promotor: Village of Cascade Proyecto: Kasigluck Año: 2006 Sistema Diesel: -- kw Sistema Eólico: 3x100kW NORTHERN POWER 100 Lugar: Kasigluck-Old Kasigluck-Nunapitchuck Alaska (USA) Promotor: Alaska Village Electric Cooperative SISTEMAS FASE COMERCIA L Proyecto: San Cristóbal Año: 2007 Sistema Diesel: 3x650kW Sistema Eólico: 3x800kW MADE AE-59 Lugar: Isla San Cristóbal Galápagos (Ecuador) Promotor: EOLICSA 17

19 1.Eólica de Media Potencia 2.Aplicaciones en Generación Distribuida 3.Sistemas Híbridos 4.Sistemas Autónomos 5. Conclusiones 18

20 8. Sistemas Autónomos Sistemas Autónomos Un paso más en la integración de eólica en sistemas aislados es la posibilidad de funcionar con el grupo diesel completamente apagado (diesel-off mode o Stand-alone system). Existen dos posibles escenarios, Sistema Autónomo en paralelo con diesel. Grupo diesel apagado cuando hay recurso eólico suficiente para cubrir la demanda del sistema. Grupos diesel funcionan en paralelo con los aerogeneradores cuando no hay recurso eólico suficiente para cubrir la demanda. Sistema Completamente Autónomo. Generación casi 100% eólica (al menos durante periodos significativos). Dimensionamiento de sistema eólico para cubrir demanda y almacenamiento. Inclusión y dimensionamiento de sistemas de almacenamiento de alta capacidad (hidrógeno, bombeo... aire comprimido) para cubrir demanda en ausencia de viento. Se aumenta la penetración en el sistema pero, Mayor coste y por tanto inversión Rentabilidad? Mayor complejidad técnica. Personal O&M mejor formado. SISTEMAS EN FASE DEMOSTRACIÓN Photo Vattenfall 19

21 8. Sistemas Autónomos Control Sistema Autónomo OBJETIVO Coordinación sistemas para optimizar el recurso renovable. Seguridad de suministro Control de frecuencia. Sistema especifico con almacenamiento baja capacidad (FESS, BESS). Control de frecuencia y estabilización de la red. Cubren tanto las variaciones de potencia por fluctuaciones de viento como de cargas. Dimensionamiento actuación durante segundos. Aerogeneradores. Energía almacenada en rotor Control de Tensión Respuesta lenta para control de frecuencia. Problemas en tren de potencia y elementos mecánicos. Opciones con almacenamiento en DC-link. Lazo de control potencia específico. Convertidor aerogenerador tiene capacidad suficiente Se incluye un sistema de baterías + inversor como back-up y emergencia. Dimensionamiento actuación durante minutos Gestión de los diferentes sistemas para optimización del funcionamiento. Normalmente se utiliza un sistema Flywheel para control frecuencia y estabilización de red 20

22 8. Sistemas Autónomos. Funcionamiento a) Viento Bajo. La carga del sistema se cubre entre los aerogeneradores y el sistema de almacenamiento. b) Viento Creciente. La generación eólica aumenta y se comienza a almacenar en lugar de generar con sistemas de almacenamiento. Viento Eólica Storage System Generación c) Conexión brusca de carga. La variación en la carga hace que se invierta menos energía en almacenamiento y se utilice directamente en las cargas. d) Variación viento. La potencia generada entre el sistema de almacenamiento y eólica se ajusta para coincidir con la carga Carga en Sistema Almacenamiento Generación Diesel e) Aumento carga. Un nuevo aumento mantenido provoca el agotamiento de la energía almacenada y la necesidad de generación diesel. 21

23 1.Eólica de Media Potencia 2.Aplicaciones en Generación Distribuida 3.Sistemas Híbridos 4.Sistemas Autónomos 5.Conclusiones 22

24 9. Conclusiones Renovables en Generación Distribuida Reduce las pérdidas y las inversiones en sistema eléctrico Mejoras en la estabilidad y calidad de la red Aprovecha los recursos energéticos locales. Reduce dependencia externa Reduce coste generación kwh. Menor dependencia combustibles fósiles (alto precio) Renovables en Sistemas Aislados Permite aumentar la competitividad de las industrias Posibilita desarrollo comunidades en localizaciones remotas Sistemas Híbridos Wind-Diesel Sistemas Autónomos eólicos REALIDAD Gran número de proyectos funcionando en todo el mundo Experiencia, información, etc. Explotación comercial Wind-diesel. Sistemas probados y relativamente maduros Autónomos. Buenas perspectivas Eólica de Media Potencia ADECUADA Logística e instalación Medios transporte y montaje reducidos (locales) Capacidad Técnica Última tecnología en control, calidad energía y estabilidad red Mantenimiento y fiabilidad Diseño orientado a sistemas sin mantenimiento dedicado. 23

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