SESIÓN 5 ENERGÍA EÓLICA. Gonzalo Guerrón

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1 SESIÓN 5 ENERGÍA EÓLICA Gonzalo Guerrón 28 de octubre del 2014

2 1. Sistemas Híbridos. Fuente: Olade 2012

3 1. Sistemas Híbridos. En pequeñas instalaciones de paneles fotovoltaicos, turbinas de viento o generadores hidráulicos, donde su característica principal es que la energía se produce y consume en el mismo lugar, es importante dividir el proceso en tres etapas: En la generación la fuente de energía, la luz solar, el viento, o una caída de agua, es aprovechada para generar energía eléctrica mediante celdas fotovoltaicas o turbinas. La electricidad obtenida se puede utilizar para cargar una batería o capacitor que la almacena por cierto tiempo. Llegado el momento, los aparatos eléctricos o dispositivos de iluminación se conectan a la batería y consumen la energía almacenada. Fuente:

4 Configuraciones de Sistemas Híbridos de Energía Eólica. Eólico-Diésel Eólico-PV Eólico Hidroeléctrico Eólico- Biomasa Eólico-PV-Diésel Eólico Hidroeléctrico-Diésel Eólico-Hidrógeno (celdas combustibles) Fuente:

5 1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares. Este sistema funciona con la presencia de viento y sol, siendo de vital importancia el conocimiento del potencial eólico y solar de un determinado lugar para aplicar esta opción. En los días fríos y nubosos permite aprovechar la energía eólica, en los días despejados existe poco viento, aprovechando la energía solar. Fuente: Herrera Barros, V. C., & DT-Salcedo, C. (2011). Sistema Híbrido Eólico-Fotovoltaico para la generación de energía eléctrica en el Departamento de Turismo del Ilustre Municipio de Baños de Agua Santa.

6 1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares. Fuente: Borowy, BS, Salameh, ZM (1996), Methodology for optimally sizing the combination of a battery bank and PV array in a wind/pv hybrid system, IEEE Transactions on Energy Conversion, 11 2,

7 1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares. Topología de un Bus de corriente continua Topología de un Bus de corriente alterna

8 1.1. Sistemas Híbridos Eólicos - Solares. Topología de un bus de corriente continua /corriente alterna Estas topologías mostradas se complementan con equipos de monitorización y adquisición de datos. Esto se debe a la necesidad de monitorear voltajes, corrientes y temperaturas. Para el recurso eólico se considera mas importante el análisis del lugar del emplazamiento con respecto al recurso solar, mientras que el potencial solar puede considerarse igual en una extensión de área mayor. Es importante considerar que el viento es más impredecible que la luz solar directa y su variación más considerable.

9 2. Sistemas Híbridos Eólicos - Diésel. La instalación de los sistemas híbridos eólicos diésel se utiliza en sistemas alejados de la red eléctrica para viviendas remotas o islas, pueden incluir también paneles solares y baterías. Son sencillos de instalar y pueden reducir los costos operativos de generación. Se debe tener en cuenta un sistema de almacenamiento de energía ya que muchas veces la carga a compensar será mucho menor a la capacidad de lo generadores de diésel. Fuente:

10 2. Componentes principales de un sistema híbrido: eólico-diésel Sistema de generación de energía son: Turbina de viento con los controles asociados. Motor diésel. Generador eléctrico con controladores electrónicos de potencia. Cargas eléctricas. BESS (Battery Energy Storage System). Fuente:

11 3. Estrategias de control para sistemas de generación eólico diésel. A continuación se muestra un diagrama de bloques de un modelo diseñado en simulink, donde el estudio de simulación, el dimensionamiento de los diversos componentes se ha hecho con las siguientes limitaciones: La velocidad media del viento considerado es 9,5 m/s. La carga de máxima que deben cumplir se considera que es de 30 kw. La turbina eólica debe ser capaz de generar esta potencia requerida de 30 kw a la velocidad media del viento.

12 3. Estrategias de control para sistemas de generación eólico diésel. Fuente: Chinchilla M, Arnaltes S and Burgos J C, Control of permanent-magnet generators applied to variablespeed wind-energy systems connected to the grid, IEEE Transactions on EC, Vol. 21, Issue 1, March 2006, Pages

13 4.1 Sistemas Híbridos Eólicos - Fotovoltaicos - Diésel. La fluctuación del viento hace que no se pueda obtener una producción de electricidad de manera constante, para solucionar estas variaciones y mantener una estabilidad en la generación aislada también se puede utilizar una combinación de paneles fotovoltaicos con un generador diésel. Fuente:

14 4.2 Sistemas Híbridos Eólico -Fotovoltaico - Hidrógeno Fuente:

15 4.3 Sistemas Híbridos. Para Comunidades aisladas. Fuente:

16 4.4 Sistemas Híbridos Eólica Hidroeléctrica Fuente: Jaramillo O A, Borja M A, Huacuz J M (2004), Using hydropower to complement wind energy: a hybrid system to provide firm power, Renewable Energy, 29, 11,

17 4.4 Sistemas Híbridos Eólica Hidroeléctrica Principales parámetros que afectan a la generación hibrida eólica hidroeléctrica. El recurso eólico; El número de turbinas eólicas que se utilizan; El recursos hídrico (energía hidroeléctrica disponible); El comportamiento de la reserva de agua seleccionado (dependiendo de las condiciones hidrológicas); La capacidad de la planta hidroeléctrica. Fuente: Jaramillo O A, Borja M A, Huacuz J M (2004), Using hydropower to complement wind energy: a hybrid system to provide firm power, Renewable Energy, 29, 11,

18 5. Almacenamiento de Energía mediante Sistemas Eólicos Cuando aumenta la producción de MW en un parque eólico, se incrementa la posibilidad de cortes por exceso de producción, por esto se utilizan varios métodos para almacenar la energía: Almacenamiento de energía mediante bombeo hidráulico: Utiliza una combinación de agua y gravedad para capturar la energía cuando halla exceso de energía y enviarla cuando se la requiera. Fuente: Jaramillo O A, Borja M A, Huacuz J M (2004), Using hydropower to complement wind energy: a hybrid system to provide firm power, Renewable Energy, 29, 11,

19 5.1 Almacenamiento de Energía mediante Bombeo Hidráulico. Fuente:

20 5.2 Almacenamiento de Energía mediante Aire Comprimido. Se almacena en depósitos bajo tierra natural o artificial el aire a altas presiones cuando la demanda de electricidad es baja y en horas de mayor demanda se expande el aire moviendo un tubo generador.

21 5.2 Almacenamiento de Energía mediante Aire Comprimido. Fuente:

22 5.3 Almacenamiento de Energía mediante Baterías. Consiste en almacenar la energía eléctrica en baterías en forma de energía química. Fuente:

23 5.4 Almacenamiento de Energía mediante Energía Química. Consiste en transformar en hidrogeno la energía obtenido del generador, la energía eléctrica que se desea almacenar se deriva a un electrolizador. El H 2 obtenido se lo almacena en recipientes a presión hasta el momento en que debe emplearse y el O 2 se lo libera a la atmosfera.

24 5.4 Almacenamiento de Energía mediante Energía Química. Fuente: imagen:

25 6. Ventajas Mayor fiabilidad de la instalación de energía híbrida, ya que se basa en más de una fuente de generación de electricidad. Reducción de la capacidad de almacenamiento de energía, especialmente en los casos en que los diferentes FRE utilizadas presentan un comportamiento complementario. Costos de operación y mantenimiento (O & M) menores, especialmente en los casos en que módulos fotovoltaicos (FV) reemplazan dispositivos de almacenamiento de energía típicos, como las baterías de plomo-ácido. Fuente: Olade 2012

26 7. Desventajas En la mayoría de los casos, el sistema híbrido es sobredimensionado, ya que los diseñadores de sistemas tratan de hacer que el sistema en cubra la demanda de carga sin la contribución de otras fuentes de energía. Este aspecto puede ser resueltos mediante el uso de nuevos algoritmos de dimensionamiento. El costo de instalación inicial resulta ser bastante alto, aunque el costo a largo plazo es normalmente bajo. Este elevado costo de instalación desalienta a algunos inversores potenciales. Fuente: Olade 2012

27 Sistema Nacional Interconectado Fuente:

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