ARIES INGENIERÍA Y SISTEMAS, S.A.

Transcripción

1 Microrredes, una solución adecuada para el desarrollo de la generación distribuida de energía ARIES INGENIERÍA Y SISTEMAS, S.A. ARIES INGENIERÍA Y SISTEMAS Empresa líder en desarrollo tecnológico, eficiencia y calidad Castellana 130, Madrid, ESPAÑA Galiano St. 2 nd floor, office 121, Coral Gables FL, EE.UU. Silver Centre 1388 Shaan Xi North Road Shanghai, CHINA. info@ aries.com.es

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN OPERACIÓN DE MICRORREDES EJEMPLOS ESTIMACIÓN DE COSTES CAPACIDAD DE ARIES INGENIERÍA CONCLUSIONES Aries Ingeniería y Sistemas, S.A. Madrid Todos los derechos reservados. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 2

3 Aries. Arsol SOBRE ARIES INGENIERÍA Y SISTEMAS Fundada en 1985, Aries es una empresa de ingeniería global, diversificada y con un equipo de profesionales altamente cualificados. Aries dispone de tecnologías de alto valor añadido y reputación consolidada como compañía de ingeniería líder en el diseño y operación de proyectos de energías renovables. La compañía ofrece servicios en toda la cadena de valor, que incluyen estudios de viabilidad, ingeniería básica y de detalle, construcción, puesta en marcha, operación y mantenimiento. La compañía, que cuenta con proyectos de ingeniería en más de 22 países y es un claro ejemplo de internacionalización, con oficinas en Miami (EE.UU.) y Shanghai (China), lleva años apostando por la innovación en los sectores de Energía y Transporte. Aries ofrece una amplia gama de servicios integrados de ingeniería para el sector de energías renovables. Asimismo, la compañía participa en numerosos proyectos como ingenería de la propiedad y asesor técnico. Aries combina estas capacidades con una sólida inversión en I+D, que ha facilitado a lo largo de los últimos años desarrollos tecnológicos en la eficiencia energética de las plantas termosolares y en los sistemas de captura de CO 2. El compromiso, la eficiencia y la organización optimizada de Aries son valores añadidos adicionales que han garantizado el éxito en proyectos de plantas termosolares, fotovoltaicas, parques eólicos, proyectos de energía hidráulica, cogeneración, ciclos combinados y energía nuclear. Con una cartera de clientes internacional, Aries ofrece a la industria experiencia demostrable en el análisis, diseño, ingeniería y EPC de proyectos relevantes en el sector de las energías limpias. El resultado son soluciones que mejoran la eficiencia en la operación, controlan el riesgo de precio, incrementan la seguridad y fiabilidad y al mismo tiempo crean mercados apropiados para créditos negociables. Nuestro objetivo es ofrecer ideas innovadoras y tecnologías que favorezcan el aprovechamiento rentable de los recursos energéticos. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 3

4 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Contexto Muchas pequeñas localidades del medio rural, desde conjuntos de pocas casas hasta cientos de ellas, se encuentran alejados de la red eléctrica convencional. La ampliación de la red eléctrica no es viable económicamente para muchas de estas zonas cuya población se encuentra tan dispersa. Esto hace que con frecuencia no sea fácil satisfacer las necesidades energéticas de la población, debido a los altos costes económicos y medioambientales. La electrificación rural autónoma descentralizada puede suponer una solución mucho más apropiada y rentable que la ampliación de la red del estado. El generador diesel es actualmente el medio más empleado para suministrar energía a estas regiones, en aplicaciones que van desde kw hasta decenas de MW. Sin embargo, esta solución tiene un rendimiento limitado, además de altos costes de operación, debido principalmente al consumo de combustible. No obstante, desafortunadamente está aceptada como única opción posible, esperándose muchas veces que la verdadera red eléctrica llegará a estas zonas rurales algún día. En ciertas áreas, el suministro eléctrico está limitado a un par de horas al día, con cortes frecuentes debidos a problemas técnicos o de suministro de combustible. También es necesario considerar el riesgo que supone para el medio ambiente el transporte, almacenamiento y derrame de dicho combustible. La generalización de estos sistemas se debe fundamentalmente a la baja inversión inicial necesaria y al hecho que los costes de operación puedan reducirse fácilmente si se reduce el servicio Concepto de microrred Una microrred es una red a pequeña escala (normalmente se habla de microrredes cuando se trata de potencias hasta 10 MW aunque no hay una definición oficial al respecto) diseñada para proporcionar energía a pequeñas comunidades. Una microrred puede contar con uno o más generadores distribuidos, para permitir una operación más eficiente y flexible. Las microrredes pueden operar tanto conectadas a una red mayor como en modo isla. La energía disponible de todos los generadores distribuidos debe satisfacer la demanda total de la comunidad, para que pueda operar de forma autónoma. En caso contrario, deben implementarse límites de carga (si la demanda excede a la generación). En ocasiones, ocurre lo contrario, y la microrred se encuentra conectada a una red centralizada, de forma que el exceso de energía puede ser exportado. Se dice que una microrred es híbrida si funciona con cualquier combinación de fuentes de energía diferentes. En los últimos años, ha aumentado la importancia de microrredes basadas en fuentes de energía renovables. Debido a la simplicidad, bajo mantenimiento y alta disponibilidad de los sistemas solares fotovoltaicos, gran parte de las microrredes híbridas incluyen la energía solar fotovoltaica como una de las tecnologías hibridadas Ventajas de las microrredes La generación distribuida en microrredes conlleva menores pérdidas en las líneas de transmisión. Durante un período de perturbaciones, una microrred puede ser separada y aislada del sistema, causando menores alteraciones en el resto de las cargas conectadas. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 4

5 Una microrred da un suministro fiable y de calidad en cargas críticas. Las microrredes previenen de eventuales fallos por sobrecargas en la red, gracias a la reducción de carga en las líneas principales. Las microrredes significan ahorros sustanciales y grandes cambios en el estilo y calidad de vida de las comunidades rurales Barreras y limitaciones de las microrredes Para mejorar la expansión de las microrredes se debe afrontar y resolver los siguientes retos: La sincronización/transición a modo isla desde el modo de conexión a red es difícil desde un punto de vista técnico. Para hacer frente a este problema, a día de hoy son necesarios equipos costosos de almacenamiento rápido (supercondensadores) o conmutadores de transferencia estáticos. El alto coste de las transiciones sin paso por cero hace que en muchas microrredes se implementen conexiones asíncronas y reconexiones, que suponen una pérdida de energía durante las transiciones. El voltaje y la frecuencia deben ser estrictamente controlados. Normalmente es necesario almacenar energía eléctrica en baterías. La integración de microrredes en sistemas existentes, con equipos que ya se encuentran operativos, es costosa y laboriosa, puesto que la interfaz de usuario no está estandarizada y depende completamente de protocolos propietarios. En resumen, se necesita más investigación, para desarrollar la curva de aprendizaje, hacer disminuir los costes de inversión de las microrredes y facilitar su financiación. Todavía no existen modelos financieros bien establecidos, que reconozcan esta tecnología, lo cual supone una barrera para su implementación. Sin embargo, el interés creciente por este tipo de solución, hace que esa barrera se convierta en una oportunidad que alinee a inversores, tecnólogos, constructores y administraciones públicas. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 5

6 2. OPERACIÓN DE MICRORREDES Una microrred típica consta de los siguientes componentes: Generadores distribuidos (generadores PV, generadores diesel, aerogeneradores, etc.). Sistema de almacenamiento de energía (baterías). Controlador. Cargas (consumos). Conmutador estático. Una microrred puede operar de dos formas distintas: Conexión a red: En este modo de operación, el punto de interconexión está cerrado, la red central está activa y las cargas son alimentadas desde ella. Modo isla: en este modo de operación, la red centralizada no suministra energía a los consumidores, y el conmutador estático está abierto. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 6

7 Existen distintas opciones de hibridación para una microrred basada en un sistema PV. Las más extendidas: Sistema PV hibridado con un grupo diesel. Sistema PV hibridado con una turbina hidráulica. Sistema PV hibridado con un aerogenerador. Cualquier combinación de las opciones anteriores. Habitualmente, el ratio de potencia PV pico sobre el total de potencia instalada es de entre el 10% y el 50%, en función del recurso solar local existente. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 7

8 3. EJEMPLOS Las microrredes son hoy en día una realidad. Existen numerosos proyectos piloto y a pequeña escala en todo el mundo. A continuación se muestran algunos ejemplos de proyectos a escala comercial que ya llevan operando satisfactoriamente varios años: 3.1. Alcatraz, San Francisco (EE.UU.) En 2012 se completó una microrred a escala comercial en la isla de Alcatraz, frente a San Francisco (California). La idea de construir este sistema partió del alto precio del diesel, las elevadas emisiones de carbono y la polución en la bahía de San Francisco. Las principales características de esta microrred autónoma son: Diseño con un generador síncrono de respaldo. 2 grupos electrógenos diesel. 400 kwp PV+ 2 MWh batería. 8x100 kw inversores conectados a red. Controlador Yushu (China) Figura 3.1 Microrred en Alcatraz Yushu, región alejada de la línea eléctrica principal, contaba en 2010 con 2 centrales hidráulicas. En 2011 se añadió un sistema PV, para aumentar la producción de energía durante las estaciones secas (de octubre a marzo) y en las horas pico en invierno (8-11 am). Las principales características de esta microrred híbrida PV-hidráulica son: 12,8 MW hidráulicos (2 centrales). 2 MWp PV + 15,2 MWh batería. 20 x 150 kva inversores. Figura 3.2 Microrred en Yushu Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 8

9 4. ESTIMACIÓN DE COSTES La Tabla 4.1 muestra, desglosados, los costes estimados de tres microrredes fotovoltaicas diferentes, con potencias de 250, 500 y 1000 kw. Tabla 4.1. Estimación de costes Elemento Paneles PV Sistema PV 250 kwp 500 kwp 1000 kwp $ $ $ Inversores $ $ $ Cableado, puesta a tierra y cuadros de $ $ $ distribución Sistema de monitorización (data logger, conexión a $ $ $ internet) Equipos Baterías plomo ácido (4 días) $ $ $ Grupo electrógeno diesel* $ $ $ Estación meteorológica $ $ $ Sistema de control híbrido PV/Diesel $ $ $ Equipos de medida y prueba (medidores, sensors $ $ $ y software) Repuestos $ $ $ Obra civil Mano de obra (cimentaciones, $ $ $ vallado, edificios) Obra eléctrica $ $ $ Logística, transporte, tasas de aduana y alquiler de $ $ $ equipos temporales Otros Pruebas y puesta en marcha $ $ $ Diseño, ingeniería y supervision de la $ $ $ construcción INVERSIÓN TOTAL $ $ $ *Grupos de 200 kva, 400 kva y 750 kva, respectivamente. En proyectos de electrificación rural, la tabla anterior contiene prácticamente todos los costes de inversión fijos. Para un servicio fiable, se recomienda que estos sistemas sean operados por personal cualificado. El coste de operación puede variar significativamente de una zona a otra, en función del precio de dicho personal. En un estudio más específico podría determinarse cuál es el ahorro en el coste del ciclo de vida completo de una microrred frente al de un grupo electrógeno tradicional. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 9

10 5. CAPACIDAD DE ARIES INGENIERÍA Aries cuenta con una dilatada experiencia y reconocimiento en las tecnologías solar fotovoltaica, eólica e hidráulica. Adicionalmente, Aries ha estado involucrada en el análisis de la estabilidad de redes y adecuación de la generación con la curva de demanda, con implicación de sistemas de almacenamiento, predicción y control de la producción. Estas capacidades unidas nos han permitido abordar el diseño de microrredes híbridas en toda su magnitud, casuística y problemática. Algunos ejemplos de los proyectos de este tipo en los que Aries ha participado son: - Estudio de viabilidad para el aprovechamiento eléctrico de los canales de riego en zonas aisladas de la red (Filipinas). - Estudio de viabilidad y diseño conceptual de microrred de generación híbrida mediante paneles PV (1 MW) combinados con grupo diesel existente (2 MW), para suministro 24 horas (Filipinas). - Adaptación de plantas fotovoltaicas a la regulación española para conexión a red de bajo voltaje (600 MW). - Adaptación de plantas fotovoltaicas a los requisitos de conexión a red de Iberdrola (principal compañía eléctrica española) (120 MW). - Estudio de evaluación del impacto de los requisitos técnicos de conexión a red de plantas fotovoltaicas en México, para CFE. - Diseño y suministro del sistema de control para la integración en red de plantas fotovoltaicas en Sudáfrica, para SKOM. - Diseño y suministro del sistema de control para cumplir los requisitos técnicos de conexión a red en Puerto Rico, para PREPA. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 10

11 6. CONCLUSIONES Las microrredes, y especialmente las microrredes híbridas con energía solar fotovoltaica, pueden ser una solución razonable para un suministro de energía fiable en zonas sin acceso a la red estatal. El estado de la tecnología actual permite realizar generación distribuida mediante microrredes híbridas de forma competitiva con la generación convencional, lo cual favorece el desarrollo de proyectos viables, que pueden mejorar sustancialmente la calidad de vida de la población afectada. Aries cuenta con la capacidad y experiencia necesarias para ofrecer el estudio, diseño e implantación de un proyecto piloto eficiente, que pueda ser reproducido a gran escala en diferentes zonas. Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 11

12 Para cualquier aclaración o información adicional, por favor contactar con: ARIES INGENIERÍA Y SISTEMAS, S.A. Pº Castellana, Madrid - ESPAÑA Tel.: (+34) Fax: (+34) Ignacio Sáenz Director Comercial División Energía isaenz@aries.com.es Pº Castellana 130, Madrid, SPAIN Tel.: info@aries.com.es 12