IMPLANTACIÓN Y ESTUDIO DE UNA MICRORRED EN UN ENTORNO INDUSTRIAL. Autor: Vélez de Mendizábal Alonso, Laura. Director: Montes Ponce de León, Julio.

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1 IMPLANTACIÓN Y ESTUDIO DE UNA MICRORRED EN UN ENTORNO INDUSTRIAL Autor: Vélez de Mendizábal Alonso, Laura. Director: Montes Ponce de León, Julio. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas. RESUME DEL PROYECTO Como consecuencia del progresivo crecimiento de la demanda de energía eléctrica y ante las estimaciones realizadas sobre el agotamiento en un futuro próximo de los recursos fósiles utilizados en la actualidad para la generación, se plantean nuevas formas de producción capaces de reducir la dependencia energética de otros países exteriores en cuanto al suministro de materias primas (carbón, gas natural, petróleo), así como de contribuir a reducir las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. En este sentido, las energías renovables se presentan como una alternativa muy prometedora. Su inserción en el sistema de generación incorporándolas a la red eléctrica nacional, sin embargo, está creando serios problemas técnicos y económicos como son la estabilidad de la red por el carácter aleatorio de gran parte de estas energías y el encarecimiento de la energía eléctrica por primas y subvenciones. Para evitar, o al menos paliar estos inconvenientes, surge el modelo en el que la generación de la energía distribuida se aproxime al lugar del consumidor. De esta forma nacen las microrredes inteligentes. Entre los beneficios que se derivan de este sistema eléctrico se pueden citar una reducción de costes de inversión en refuerzos de redes de Media y/o Alta Tensión que pueden representar una oposición social, una disminución de las pérdidas de energía durante el transporte de la electricidad a través de las líneas eléctricas y se tiene una autonomía de funcionamiento frente a fallos ocasionados en la red de distribución principal. En este proyecto se estudia una microrred en un entorno específico, un polígono industrial próximo a Vitoria, Álava. En este entorno geográfico que se ha considerado adecuado para la implantación de una microrred, se han estudiado las características de la demanda energética del mismo, y se han

2 integrado diferentes recursos energéticos que actualmente existen o aquellos que se pueden instalar aprovechando los recursos naturales de la zona. La microrred que se desea instalar para proporcionar energía eléctrica al polígono industrial de Júndiz, tiene una potencia instalada de aproximadamente 13MW. Como fuentes de generación se ha considerado, en primer lugar un parque de aerogeneradores situado muy próximo a la zona industrial, motivo por el cual se ha considerado su integración. De esta forma, es posible compensar las fluctuaciones de esta energía por su carácter aleatorio, con el de otras que presentan una producción más constante. En el proyecto se analizan las características de funcionamiento especialmente su aleatoriedad y la necesidad de instalar otras fuentes generadoras que puedan compensar este grave inconveniente. Como segundo sistema generador se ha estudiado la utilización de gas producido por una planta de metanización de residuos sólidos urbanos existente en las inmediaciones. Asimismo, se ha estudiado la posibilidad de instalar generadores diesel que utilicen el biodiesel producido en una fábrica que procesa aceites vegetales usados domésticamente. Se ha estimado la necesidad de instalar cuatro generadores diesel de 960 kw cada uno. Estos motores producirán electricidad en caso de que la generación eólica no sea suficiente para cubrir la demanda de las cargas, o bien cuando la microrred pase a operar en su modo isla debido a una falta registrada aguas arriba, para asegurar el suministro eléctrico a los consumidores finales. Por último, y como componente destinado al almacenamiento de energía, se empleará el hidrógeno como vector energético ya que presenta la ventaja de poder regularizar la frecuente aleatoriedad de la producción eléctrica con renovables. En aquellos momentos en los que haya un exceso de generación con respecto al consumo demandado, esta tecnología disociará el agua mediante corriente continua obteniendo O 2 y H 2, que se almacenará para ser consumido en momentos de déficit de generación eléctrica mediante el proceso electrolítico inverso al anterior, a través del cual se vuelve a obtener energía en forma de corriente continua empleando una pila de combustible PEMFC.

3 Utilizando una curva media semanal de demanda según los diferentes días y mediante una producción eólica aleatoria, se ha obtenido una distribución de los diferentes recursos energéticos tal y como se muestra en la figura P (kw) pila de combustible biodiésel eólica biogás demanda Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo En los momentos de exceso de generación de electricidad, la microrred destinará parte de esta energía a la producción de hidrógeno para acumularlo y poder disponer de él en los momentos de déficit y, el excedente de generación, o lo exportará a la red general para obtener un beneficio mediante su venta. El precio unitario obtenido de producción de electricidad de la microrred es de 97, /MWh. Se trata de un precio bruto al que lógicamente no se le han aplicado las primas destinadas a cada una de las fuentes energéticas integradas en la microrred y, por tanto, la exportación de electricidad al sistema general supone una retribución igual al precio de producción del kwh. Hay que tener en cuenta que el déficit tarifario existente eleva el valor del kwh producido y ofertado por el mercado eléctrico. Mediante la implantación de esta microrred, se pretende conseguir que tanto la integración de los recursos distribuidos en las redes de baja tensión como su relación con la red de distribución de media tensión, contribuyan a optimizar la

4 operación general del sistema que se caracterice por la eficiencia, la sostenibilidad y la seguridad de suministro. IMPLEMENTATION AND STUDY OF A MICROGRID IN AN INDUSTRIAL ENVIRONMENT Due to the gradual growth of electricity demand and the estimates on the near future about the exhaustion of fossil fuels which are currently used for the generation, new forms of production that can reduce energy dependence on other countries in the supply of raw materials (coal, natural gas, oil), as well as help reducing emissions of polluting gases into the atmosphere are being proposed. In this regard, renewable energy presents as a promising alternative. Its inclusion in the generating system incorporating them in the national grid, however, is creating serious technical and economic problems such as the stability of the network as a consequence of the random character of most of this energy and also due to the rising electricity subventions. To avoid, or at least to alleviate these problems, emerges a model in which the distributed power generation approaches to the place of the consumer. This way born the smart microgrids. Among the benefits arose from this electrical system, can mention a reduction of investment costs for reinforcements in Media and/or High voltage networks, which can represent a social opposition, a decrease of energy losses in the transport of electricity through power lines and it also has a range of performance against failures caused in the main distribution network. In this project, it is studied a microgrid placed in a specific environment, an industrial estate next to Vitoria, Álava. In this geographical area that has seen appropriated to implement a microgrid, we have studied the characteristics of the energy demand, and have integrated different energy resources that currently exist or those that can be installed using the natural resources of area. The microgrid which is wanted to be installed to provide electricity to the industrial zone has a capacity of approximately 13MW.

5 Different sources of generation have been considered such as a wind farm located close to the industrial area, which is why its integration has been considered. This way, it is possible to compensate for fluctuations of this energy by its random character with others that have a more constant production. In this project will be analyzed its characteristics, especially its randomness and the need to install additional generating sources that can correct this serious problem. As a second generation system, using biogas produced by an anaerobic digestion in a plant which treats municipal solid waste in the vicinity has been studied. Furthermore, it has been studied the possibility of installing diesel generators using biodiesel produced in a factory that processes vegetable oils used domestically. It has been estimated the need to install four diesel generators of 960 kw each. These engines will produce electricity if wind generation is not enough to cover the demand of the loads, or when the micro switch to operate as an island due to a lack recorded upstream, to ensure the electrical supply of final consumers. Finally, and as a component for storing energy, hydrogen is used as an energy vector because it has the advantage of regularizing the common randomness of electricity from renewable. In those moments in which there is an excess of generation over consumption demanded, this technology will dissociate water with DC by obtaining O 2 and H 2 to be stored for consumption in times of shortage of power generation by the inverse of the previous electrolytic process, through which regains energy as DC using a PEMFC fuel cell. Using an average weekly demand curve for different days and by a random wind power, it has been obtained a distribution of different energy sources which are shown in the next figure.

6 P (kw) pila de combustible biodiésel eólica biogás demanda Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo In times of excess of power generation, the microgrid will devote part of this energy to the production of hydrogen to accumulate it so that it can be disposed in times of deficit and surplus of generation, or export it to the general network in order to obtain a profit by selling it. The unit price electricity production obtained from the microgrid is /MWh. This is a gross price to which has not been applied the premiums for each of the integrated energy sources in the microgrid, and therefore, the export of electricity to the overall system is a fee equal to the price per kwh produced. It should be noted that the existing tariff deficit raises the value of kwh produced and offered by the electricity market. By the implementation of this microgrid, it is intended to ensure that both the integration of distributed resources in low voltage networks and their relationship with the network of medium voltage distribution, help to optimize the overall operation of the system which is characterized by its efficiency, sustainability and security of supply.