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1 CAPÍTULO 8. APLICACIÓN DE UN SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA CINÉTICA ACCIONADO POR MRC EN UN SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA BASADO EN ENERGÍAS RENOVABLES Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 265 de 283

2 1. SISTEMA COMPLETO En este capítulo se va a simular el comportamiento del sistema global que ha sido diseñado en el capítulo 5. El almacenador de energía que es accionado por la MRC llevará implementado el control que ha sido explicado en el capítulo anterior. El objetivo de este capítulo es comprobar a nivel de simulación la adecuada gestión de la energía que se realiza en el sistema gracias a la integración del sistema de almacenamiento. En la Figura 8.1 se muestra el esquema del sistema global. Volante de inercia RED DE DISTRIBUCIÓN Figura 8.1. Sistema a simular La simulaciones han sido desarrolladas mediante el software PSCAD introducido anteriormente. v4.1, ya Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 266 de 283

3 2. ENTORNO DE SIMULACIÓN Como ya se comentó en capítulos anteriores, la herramienta de simulación empleada es PSCAD v4.1. En la Figura 8.2 se muestra el entorno gráfico para la representación de los resultados utilizado en las simulaciones. En la parte derecha aparecen el panel de control y maniobra, y elementos de monitorización. En la parte izquierda se muestra las gráficas obtenidas durante la simulación. Figura 8.2. Panel de Control y Monitorización de Simulación En la Figura 8.3 aparece el esquema eléctrico global de la planta, en el cual aparecen cada uno de los convertidores de potencia como bloques independientes y la interconexión entre ellos. El edificio se ha emulado mediante una carga. Y la FER se ha simulado mediante una fuente de corriente. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 267 de 283

4 DC-Link FER P FER DC DC P L DC AC Carga del edificio V FER I FER V DC Control de la planta V L I L P_ref Control de la MRC Señales de control Convertidor de potencia B Modelo de la MRC A C B A C Par total Modelo mecánico MRC - Volante V DC I Posición Figura 8.3. Esquema Eléctrico de la Planta Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 268 de 283

5 3. ESCENARIOS DE SIMULACIÓN Los escenarios de simulación propuestos, en función de los estados de la generación de energía a través de la fuente de energía renovable (Potencia Generada), y de la potencia demandada por el edificio (Potencia Demandada), son los siguientes: I. Potencia Generada no nula y Potencia Demandada nula: El sistema de almacenamiento absorbe la totalidad de la potencia entregada por la fuente de energía renovable. II. Potencia Generada nula y Potencia Demandada no nula: El sistema de almacenamiento es el encargado de suministrar la totalidad de la potencia a la carga. III. Potencia Generada mayor que Potencia Demandada: El sistema de almacenamiento se carga con la potencia en exceso generada por la fuente de energía renovable. IV. Potencia Demandada mayor que Potencia Generada: El sistema de almacenamiento es el encargado de suministrar la potencia restante para abastecer la demanda de la red. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 269 de 283

6 4. SIMULACIONES Se realizarán cuatro simulaciones, como muestra de la respuesta en funcionamiento del sistema implementado ante cada uno de los escenarios definidos en el Apartado 3 del presente capítulo. El perfil de la Fuente de Energía Renovable (FER) se va a emular mediante puntos de funcionamientos constantes, y sus variaciones se van a emular mediante puntos de funcionamiento que varían linealmente con el tiempo, y la situación de demanda de la red, mediante escalones de potencias, y mantenimiento de los mismos. El tiempo de simulación en cada uno de los escenarios será de varios segundos. Las variables a representar deben mostrar la gestión de la energía en el sistema, éstas serán: Potencia de la FER Potencia Demandanada por el edificio Potencia del Sistema de Almacenamiento Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 270 de 283

7 4.1. Escenario I. POTENCIA GENERADA NO NULA Y POTENCIA DEMANDADA NULA En base a lo anteriormente expuesto en el Apartado 3, se simula el primer escenario para un nivel de carga del almacenador del 50%, que equivale a que el conjunto volante-mrc gire a una velocidad de 736,24 rad/s, que son 7030,6 rpm. El resultado de la simulación se muestra a continuación: Figura 8.4. Potencias del sistema en el escenario I El sistema de almacenamiento absorbe la totalidad de la potencia entregada por la fuente de energía renovable. La potencia con la que se carga el volante de inercia (gráfica de color azul), que es la potencia mécanica en el eje del volante y la MRC, está afectada por el rendimiento de la máquina y del convertidor de potencia. Se observa como en todo momento el sistema se almacenamiento se carga con la potencia generada al no demanadarse potencia por parte del edificio. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 271 de 283

8 4.2. Escenario II. Potencia Generada nula y Potencia Demandada no nula En base a lo anteriormente expuesto en el Apartado 3, se simula el segundo escenario para un nivel de carga del almacenador del 50%, que equivale a que el conjunto volante-mrc gire a una velocidad de 736,24 rad/s, que son 7030,6 rpm. El resultado de la simulación es el siguiente: Figura 8.5. Potencias del sistema en el escenario II En este caso, se observa que ante condiciones de generación nula por parte de la fuente de energía renovable, y dado que el sistema de almacenamiento se encuentra cargado y en condiciones de suministrar potencia, es éste último el que se encarga de suministrar la totalidad de la potencia demandada por el edificio. Se observa como la potencia suministrada por el sistema de almacenamiento (gráfica azul), que es la potencia mécanica en el eje del volante y la MRC, es mayor que la que se consume en el edificio, debido a que tiene que superar las pérdidas en la MRC y en el covertidor de potencia. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 272 de 283

9 4.3. Escenario III. Potencia Generada mayor que Potencia Demandada En base a lo anteriormente expuesto en el Apartado 3, se simula el tercer escenario para un nivel de carga del almacenador del 50%, que equivale a que el conjunto volante-mrc gire a una velocidad de 736,24 rad/s, que son 7030,6 rpm. El resultado de la simulación es el siguiente: Figura 8.6. Potencias del sistema en el escenario III En este escenario de funcionamiento el sistema de almacenamiento se carga con la potencia en exceso generada por la fuente de energía renovable afectada por el rendimiento del conjunto volante-mrc. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 273 de 283

10 4.4. Escenario IV. Potencia de Demanda mayor que Potencia de Generación En base a lo anteriormente expuesto en el Apartado 3, se simula el cuarto escenario para un nivel de carga del almacenador del 50%, que equivale a que el conjunto volante-mrc gire a una velocidad de 736,24 rad/s, que son 7030,6 rpm. El resultado de la simulación se muestra a continuación: Figura 8.7. Potencias del sistema en el escenario IV En este caso, el sistema de almacenamiento se encarga de suministrar la potencia restante para abastecer la demanda de la red, ya que la FER no es suficiente para satisfacer la demanda. Se observa como la potencia suministrada por el sistema de almacenamiento (gráfica azul), que es la potencia mécanica en el eje del volante y la MRC, es mayor que la que se consume en el edificio, debido a que tiene que superar las pérdidas en la MRC y en el covertidor de potencia. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Página 274 de 283