PRÁCTICA DE DIMENSIONADO DE SISTEMAS AISLADOS CON ENERGÍAS RENOVABLES

Transcripción

1 PRÁCTICA DE DIMENSIONADO DE SISTEMAS AISLADOS CON ENERGÍAS RENOVABLES Antigua (Guatemala) Septiembre 2015 Enrique Soria Lascorz División de Energías Renovables CIEMAT

2 PRÁCTICA de Dimensionado de Sistemas Aislados con Energías Renovables ( solar y eólica) El dimensionado Métodos sencillos Estimación consumo 1 Cálculo Eólico Cálculo Fotovoltaico Cálculo Batería Métodos Numéricos Simple: Hoja Excel Bergey Avanzado: HOMER 2 Energía Eólica Sistemas Eólicos Aislados

3 Método sencillo: formulación cálculo eólico E (Wh/día) = A (m 2 )*DPE (W/m 2 ) * E a * 24 (horas/día) Energía Área de rotor Eficiencia del Aerogenerador Densidad de Potencia Eólica Energía Eólica Sistemas Eólicos Aislados

4 Método sencillo: cálculo eólico Mapas de Densidad de Potencia Eólica (DPE) Energía Eólica Sistemas Eólicos Aislados

5 Método sencillo: ejemplo de cálculo eólico E (Wh/día) = A (m 2 )*DPE (W/m 2 ) * E a * 24 (horas/día) DATOS: Aerogenerador Bornay INCLIN 1500 Radio de rotor: R = 1.5 metros A = R 2 = 7 m 2 DPE (leída de un posible mapa regional) = 150 W/m 2 Ea (estimada) = 0.2 CÁLCULO: E (Wh/día) = 7 (m 2 )*150 (W/m 2 ) * 0.2 * 24 (horas/día) RESULTADO: E 5 kwh/día Energía Eólica Sistemas Eólicos Aislados 5

6 Método sencillo: formulación cálculo Fotovoltaico (FV) E (Wh/día) = Tamaño FV (W p )*HSP (h) Energía Potencia Pico del Generdor Fotovoltaico Horas Sol Pico Energía Eólica Sistemas Eólicos Aislados

7 Método sencillo: cálculo batería C B (Ah) = L D (Wh)*A(días)/(V nom * B * P D ) Capacidad de la batería Consumo diario Autonomía de la batería Tensión nominal de la batería Profund. Descarga Eficiencia de la batería Energía Eólica Sistemas Eólicos Aislados

8 Indicaciones generales Basado en el método paso a paso, sugerido por Bergey, con modificaciones Se usará un libro Excel, adaptado del sugerido por Bergey (mi_hycad_español.xls) A la izquierda, bajo el apartado Hojas a usar, se indican las hojas del libro que deben ser usadas en cada paso Sólo hay que rellenar las celdas en amarillo; el resto se calculan automáticamente. Las celdas en rojo sólo se rellenan si se cambia de componentes El ejercicio se termina con el análisis energético, y con la selección del tamaño de los componentes. El diseño se completaría con un análisis más detallado (para lo que se recomienda la herramienta HOMER, y con la ingeniería de detalle (cableado, protecciones, plano de situación, etc.)

9 El dimensionado (sugerido por Bergey), paso a paso (1) Hojas a usar Cargas 1. Use la mejor información disponible y la experiencia en instalaciones similares para establecer las necesidades de consumo (kwh/día) La estimación del consumo es incierta, particularmente en los sistemas AC El método común es el de Contar Cargas Carga Requerida Por No. Descripción Cuantos? (W) Día 1 Fluorescentes 6 2 Fluorescentes 6 3 Ordenador 2 4 Monitor 2 5 Impresora 1 6 Antena parabólica 1 7 TV 1 8 Video 1 9 Video 1 10 Nevera 1

10 Hojas a usar Generacion Hibrida Diaria_(2) El dimensionado, paso a paso (2) 2. Convierta las necesidades de energía AC a CC utilizando las eficiencias del Balance del Sistema (BOS), como: Eficiencia Neta de la Batería = 85% Eficiencia Neta del Inversor = 90% Eficiencia Neta del Cableado = 96% Eficiencia Neta del Control = 90% Eficiencias BOS (Balance del Sistema) Batería: 0.85 Inversor: 0.9 Cableado: 0.98 Otros: 1 Energía Disipada: 0.95 Margen de Seguridad : 0.95 Total: Eficiencia Total BOS = ~70%

11 El dimensionado, paso a paso (3 y 4) Hojas a usar 3. Use la mejor información disponible para establecer Viento la estimación de la media mensual de velocidad de viento (por defecto: 4. Establezca las Condiciones del emplazamiento y WindCAD otros parámetros necesarios para el Modelo de Evaluación del Aerogenerador - Calcule la energía diaria generada por el aerogenerador para cada mes. Bin Velocidad de viento (m/s) Potencia (W) , , , , , , , Entradas: Media Viento (m/s) = Weibull K = Altitud del lugar (m) = Exp. Cortadura = Altura Anem. (m) = Altura Torre (m) = Factor Turbulencia = Margen Seguridad = El propio libro Excel trae una pequeña ayuda, indicando lo que es cada parámetro, y los valores típicos

12 El dimensionado, paso a paso (5) Hojas a usar 5. Use la mejor información disponible del recurso solar para establecer las HORAS DE SOL PICO medias Solar para cada mes (kwh/m 2 /day) (por defecto: Generacion Hibrida Diaria_(2) En una primera aproximación: E (Wh/día) = Tamaño FV (Wp/día)*HSP (h) ENTRADAS 1.0 kw Wind 1 kw PV Energía Diaria Energía Diaria Mes Salida, kwh Salida, kwh ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

13 Hojas a usar Generacion Hibrida Diaria_(2) El dimensionado, paso a paso (6) 6. Calcule El tanto por ciento de Consumo Cubierto (%CC) para cada mes %CC< 100% significa que hace falta suministro de apoyo %CC > 100% significa que se va a disipar energía (de manera significativa) Consumo Cubierto % 68% 74% 84% 92% 84% 62% 57% 34% 46% 62% 57% 74% 66%

14 Hojas a usar Generacion Hibrida Diaria_(2) El dimensionado, paso a paso (7) 7. Itere los Cálculos para conseguir el objetivo de Diseño Buscado: Mínima Fracción de Renovables Admisible Normalmente, la Fracción de Renovables se deja al instalador nº unidades Pot. unitaria (kw) Pot. total (kw) $/W $ TOTAL Tamaño de la Generación Eólica: Tamaño de la Generación Fotovoltaica:

15 El dimensionado, paso a paso (8 a 9) 8. Seleccione la arquitectura del sistema total - Esquema Unifilar 9. Dimensione el Banco de Baterías: C B (Ah) = L D (Wh/día)*A(días)/(V nom (V)* B * i * P D ) Capacidad de la batería Consumo diario (en CA) Autonomía de la batería Tensión nominal batería Eficiencia batería Profund. Descarga Eficiencia inversor

16 El dimensionado, paso a paso (10 a 11) 10. Dimensione el Inversor Pinv (W) Pcons_max (W) * coef_simult Potencia inversor Suma de las potencias de los consumos Coeficiente de simultaneidad : Dimensione el Generador de apoyo, si lo hubiera Pgrupo (W) 2*Pinv (W) Potencia grupo electrógeno Potencia inversor

17 Método Numérico Avanzado: Hybrid Optimization Model for Electric Renewable HOMER Referencia a nivel mundial Principales prestaciones ( Generación de series sintéticas Estudios de sensibilidad: Descargar gratis en: Energía Eólica Sistemas Eólicos Aislados