Archive for the ‘Eficiencia Energética’ Category
PERU
La gráfica muestra la evolución desde el año 2007 al 2014 del mercado de electricidad peruano en cuanto a la generación de energía eléctrica. Es un indicador de crecimiento económico y de una costumbre de mayor consumo por poblador dado que el crecimiento económico conlleva a tener más artefactos electrodomésticos y adquirir costumbres que conllevan a un mayor consumo energético. También se puede observar como está distribuida la generación de electricidad, desde un primer momento en que es la hidráulica la que predomina hasta un final en que la generación térmica tiene una importante participación… el crecimiento económico no dió tiempo para implementar nuevas centrales hidroeléctricas de envergadura, a esto se sumo también un pésima planificación y deplorables estudios de impacto ambiental y una renuente gestión a comunicar a la población la implementación de nuevas centrales hidroeléctricas, añadido a esto, es la poca credibilidad en la población en la forma como se realizan las obras de infraestructura en cuanto a los costos y convocatoria de los mismos.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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La figura muestra en porcentajes como se distribuyen los costos de un aerogenerador de media potencia. La torre, las palas y el tren de potencia son los más caros. Implica materiales cada vez más sofisticados a medida que se incrementa la potencia instalada en el generador eléctrico. Los aerogeneradores son elementos costosos pero a la vez implica un adecuado uso de los recursos disponibles en zonas que tienen alta disponibilidad de viento. Pero el recurso primo no se agota y mientras más aerogeneradores se instalan es mucho mejor, entre ellos compensan variaciones de la generación, así mismo, si existe un sobrante puede haber métodos de uso rápido como sistemas de almacenamiento de agua, térmica o magnética, hasta generación de hidrógeno como parte de un adecuado uso de la energía producida.
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Encontré esta gráfica en que se aprecia el porcentaje de participación de las RER en el mercado peruano. Es de mencionar que Perú se ha propuesto que al menos el 5 % del consumo sea proveniente de las fuentes renovables. Han hecho bien en no incluir en la gráfica las pequeñas hidroeléctricas, los motivos sobran como lo expuse en el anterior post J826. Tiene la gráfica esa forma dado que a medida que se instalan las RER también el consumo nacional va en crecimiento. Se prevé que pronto nuevas centrales solares y eólicas entren en funcionamiento y aunque según me informo el mercado peruano aún no es tan lucrativo, es decir, las empresas privadas no se ven incentivadas a invertir en este rubro, es quizás producto también que el mercado peruano si bien está en crecimiento es aún pequeño con una máxima demanda de unos aproximadamente 5.8 GW. Pues habrán nuevas centrales y a quienes conozcan de las empresas participantes, pasen la voz para quizás tentar brindar asesoramiento o ser trabajadores de algunas de ellas o participar como visitantes técnicos la construcción. Mi correo jorgemirez2002@gmail.com
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Estimados lectores… Recogo la información y se las muestro. Esta figura se puede visualizar como será en un futuro la distribución de la electricidad en la que el sistema está cargada o tiene conectados muchos o varias independientes arquitecturas de distribución en corriente continua DC. Valores de 280 Vdc en casas, centros comerciales, datas centers entre otros… pues no estaría mal, además la DC es menos propagación de ondas electromagneticas en el entorno y hay muchas ventajas de la DC frente a la AC. Claro, asumo que alguien recordará a Tesla y su energía free for all, pero hasta lo que se ve, la idea es la misma, la de mantener el mercado electroenergético mediante la compra de electricidad, cambio de repuestos/máquinas, etc… lo mismo de ahora pero en DC, con un pequeño aliciente, en aquellos países que se permita, podrán ser con una inversión, autogeneradores mediante turbinas de viento o paneles solares fotovoltaicos o etc.. pero las reglas de juego al menos a lo que se ve, siempre serán a favor de las empresas públicas o privadas de electricidad… el mercado tiene que sobrevivir, ese es el mensaje. Por lo tanto, si miran bien esta figura, verán que hay mucho por investigar, desarrollar, innovar… Ánimos que si lo pueden hacer en laboratorio excelente !! si no lo pueden, pues están las herramientas de modelamiento y simulación.. Saludos cordiales.
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Debe cumplir al menos las siguientes condiciones:
- Técnicamente sostenible: Su construcción es posible dentro de los límites de la tecnología actual; operación de los elementos críticos del sistema no es comprometida.
- Económicamente viable: El proyecto es económicamente viable considerando los aspectos medio ambiental y social.
- Socialmente sostenible: La comunidad acepta el sistema y es dispuesta a colaborar con su desarrollo; el proyecto promueve el desarrollo social de sus usuarios.
- Ambientalmente sostenible: El proyecto brinda beneficios al medio ambiente en comparación con el tradicional sistema de potencia.
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Durante el día hay varias tarifas dependiendo si es hora valle, hora punta u otra forma de tarifa dependiendo de que país uno se encuentre. Por lo tanto, podemos ir midiendo según las lecturas de potencias, cuando es el costo que se va asociado en tiempo real de funcionamiento. La figura es muestra ejemplo de programación para un día. en el lado de la izquierda son los costos por cada hora (es decir, lo que se paga por esa hora según la potencia que se haya consumido en esa hora), la del lado derecho es el costo que se va a acumulando a lo largo del día y que por cierto para cuando ya son varias lecturas de varios días se tiende hacia una uniformización de la tendencia si es que los hábitos de consumo son periódicos o habituales. Hecho en Matlab de MathWorks siguiendo ejemplo de un caso real.
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La presente tiene por finalidad mostrar el cálculo que se puede hacer con Matlab/Simulink de balance de potencias activas y reactivas. Ambas se procesan como un elemento de parte real y parte imaginaria, esto es números complejos. La figura muestra diferentes maneras como trabajar con los números complejos, sean estos idealizados o sean estos de registro de bases de datos hechos por smart meter o data base recolectados. Los ingresos son sumados y presentados en dos ventanas de potencia activa (lado izquierdo/derecho superior) y reactiva (lado izquierdo/derecho inferior), además de un tercera ventana de doble ingreso en que se representa en un plano complejo XY las dos potencias como vector de potencia aparente.
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Los bancos de condensadores son muy usados para corregir el factor de potencia inyectando energía reactiva al circuito al que está conectado (y por ende a la red) La gráfica muestra en colores los condensadores que tiene un banco de condensadores, son cinco. Ademas se observa el acumulado de la conexión de los condensadores y la potencia reactiva solicitada. Se debe mantener siempre el factor de potencia por debajo de 1, dado que puede ser causa de resonancia y presencia por lo tanto de transitorios perjudiciales al sistema eléctrico. El gestor de control elaborado en Matlab lo que permite es en función de la potencia reactiva solicita, determinar que conexiones son las necesarias de entre los condensadores disponibles a fin de lograr el mejor factor de potencia. El eje horizontal esta numerado en tiempo discreto, el cual se puede ajustar a cualquier tiempo de muestreo. También se puede añadir a un código de estos, cuestiones de predicción, gestión de número de ciclos de uso por condensador (para no envejecer a algunos con exceso de ciclaje), entre otras perspectivas. Estos 10 ciclos pueden ser 10 segundos, 10 minutos, 10 ciclos de 5 minutos, en fin… Os dejo con esto, espero les sirva, y les motive hacia los procesos de modelamiento y simulación.
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Se tiene los esfuerzos que se van haciendo para lograr tecnologías a fin de capturar y almacenar el Carbono que se libera durante procesos hacia la atmósfera. Uno de ellos es durante la post-combustión, una vez que el combustible ha sido quemado, se usa diferentes técnicas a fin de secuestrar el carbono. Antes de la combustión – precombustión – lo q se hace es mediante técnicas como la gasificación liberar el combustible hacia su forma gaseosa y atrapar al carbono. En los procesos industriales sucede algo parecido. Este es un reciente campo de estudio, debido a las millones de toneladas que se vierten cada año hacia la atmósfera y que se calcula que desde la Revolución Industrial se ha duplicado la cantidad de carbono en la atmósfera, la tendencia es que se va a colocar una ingente cantidad de carbono en la atmósfera los próximos años y he ahí los esfuerzos por lograr tecnologías que hagan posible su captura y almacenamiento, y quizás, un uso adecuado a las miles de millones de toneladas de carbono por capturar.
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Diferentes organizaciones internacionalmente reconocidas han presentado varios pronósticos para el futuro consumo. El pronóstico de la IEA es llamada escenario de referencia que el consumo de la energía primaria crecerá en más que 60 % en el período 2002 – 2030 (ver figura). Los combustibles fósiles se espera que participen en un 85 % de este incremento.
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La economía mundial va hacia un nuevo período de más estable crecimiento en las décadas por venir. Siendo esta etapa una fase caracterizada por la innovación en productos en las industrias existentes y la creación de nuevas industrias para una fase caracterizada por procesos de innovación en industrias existentes y en básicos sectores como el sector energía. Esto indica que las nuevas tecnologías de energía introducidas en el sector energía en los últimos 20 años (turbinas de viento, micro turbinas de gas, celdas de combustible, tecnologías de información y comunicaciones, etc.) pueden masivamente ser integradas en el sector energía en las décadas por venir
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En la figura se muestra un estimado del impacto de las bandas prohibidas sobre la eficiencia máxima teórica de los materiales fotovoltaicos tanto para AM0 y AM1. La figura incluye bandas prohibidas y efieiencias máximas para cualquiera de los más prometedores materiales fotovoltaicos que se vienen desarrollando hoy. El motivo de la depleción hacia los lados es causado por (a) fotones con insuficiente energía para colocar electrones dentro de la banda de conducción y (b) fotones con energía en exceso de lo necesario, entre otros factores como: recombinación de huecos y electrones antes que ellos puedan contribuir al flujo de corriente, resistencia interna de la celda la cual disipa potencia, fotones que no son absorbidos.
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Conocemos que la banda prohibida del silicio es 1.12 eV lo cual corresponde a la longitud de onda de 1.11 micrómetros, esto hace que cualquier energia en el espectro solar con longitudes de onda más largas que 1.11 micrómetros no pueda enviar un electrón a la banda de conducción. Y, cualquier fotón con longitud de onda menor a 1.11 micrómetros desechará su energía extra. Según la curva AM 1.5, 20.2 % de la energía en el espectro se pierde debido a que los fotones tienen menos energía que la banda prohibida (hv < Eg), y otro 30.2 % se pierde debido a que los fotones tienen hv > Eg. El remanente 49.6 % representa la máxima posible fracción de la energía del sol que puede ser colectada por una celda solar de silicio. Es decir, estas restricciones impuestas por la banda prohibida del silicio limitan la eficiencia del silicio a un poco menos del 50%… he ahí la labor de lograr esa eficiencia ideal.
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Ya por los años 80’s se tenía en laboratorio celdas fotovoltaicas con elevadas eficiencias, lo cual hacia ya posible cualquier aplicación terrestre tales como calculadoras de bolsillo, señales y llamadas de emergencia, bombeo de agua rural y pequeños sistemas de casas. Todo este desarrollo emerge de la crisis de energía de los 70’s. Se puede observar que según la tecnología hay progresos importantes como los multiunión y continuos como en general en las otras tecnologías. Las universidades son llamadas a estar al tanto de la tecnología y si es posible desarrollarla o modelarla y simularla para que a fin de cuentas se comprenda mejor lo que se hace en la práctica y se haga sinergía entre la teoría, fabricación y aplicaciones.
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El planeamiento se enfoca en la visión que se tiene del sistema eléctrico de operarlo en el corto y largo plazo. Por ejemplo un estudio típico de largo plazo es aquel que se hace a 10 años, por ejemplo, la predicción si a 10 años es necesario construir una nueva planta y donde estaría ubicada. Este ejemplo más aquellos estudios que se pueden pensar para la operación adecuada del sistema eléctrico desde 1 año a 10 años o más están enfocadas en los que el Planeamiento del Sistema de Potencia. Una visión dentro de la perspectiva en el horizonte del tiempo de los estudios de un sistema de potencia se puede observar en la figura.
La planificación del sistema de alimentación es un proceso en el que el objetivo es decidir sobre los nuevos, así como actualizar los elementos del sistema existentes, para satisfacer adecuadamente las cargas para un futuro previsto.
Los elementos pueden ser: instalaciones de generación, subestaciones, líneas de transmisión y/o cables, capacitores/reactores, etc. Y las decisiones pueden consistir en:
- Donde localizar el elemento.
- Cuando instalar el elemento.
- Que seleccionar, en términos de las especificaciones del elemento.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Un sistema de potencia contiene todos los equipos necesarios para suministrar a los consumidores con energía eléctrica. Este equipamiento incluye generadores, transformadores, líneas de transmisión, líneas de subtransmisión, cables e interruptores. Como se muestra en la figura el sistema está dividió principalmente en tres partes. La primera parte es el sistema de generación en el cual la electricidad es producida en plantas de potencia propias de una empresa de electricidad o un suministrador independiente. La potencia generada es al nivel de voltaje de generación. El voltaje es incrementado usando transformadores de potencia para transmitir la potencia a través de largas distancias bajo las mejores condiciones económicas
La segunda parte es el sistema de transmisión que es responsable para el despacho de la potencia hacia los centros de carga a través de cables o líneas de transmisión. La potencia transmitida es en extra alto voltaje (EHV) o alto voltaje (HV) .
La tercera parte es el sistema de distribución donde el voltaje es reducido por las subestación al nivel de media tensión (MV). Luego la potencia es transmitida a través de líneas de distribución (o cables) a las subestaciones locales (transformadores de distribución) en los cuales el voltaje es reducido al nivel de consumidor y las líneas de potencia de la red local o de la compañía de distribución llevan la electricidad hacia los establecimientos comerciales o residencias
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La figura (que ya lo había subido en un post anterior) muestra la arquitectura básica de una microred. Este consiste en un grupo de alimentadores radiales, los cuales son parte de un sistema de distribución o sistema eléctrico domiciliario. Hay un simple punto de conexión a la red llamada «punto de común acoplamiento – PCC». Algunos alimentadores (Alimentadores A-C) tienen cargas sensitivas, las cuales requieren de generación local. Los alimentadores con cargas no críticas no tienen ningún tipo de alimentación local. Alimentadores A-C pueden ser aisladas desde la grid usando un interruptor estático que puede separarlo en menos de un ciclo. En este ejemplo hay cuatro microfuentes en los nodos 8, 11, 16 y 22, los cuales tienen control de operación usando sólo mediciones de voltaje y corriente locales.
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Les muestro en la figura como es la tendencia de precios a lo largo de estos unos pocos mas de 25 años de desarrollo de tecnologías encaminadas a la producción de celdas fotovoltaicas cada vez más baratas y asequibles. Si la tendencia sigue de esta manera se prevé una masificación en el uso de esta fuente de energía a escala doméstica e industrial. El freno es el recurso natural, hay que tener suficiente área para poder recolectar una buena cantidad de energía que nos permita una potencia de uso directa a los artefactos; sin embargo, las fuentes de almacenamiento hacen su trabajo… hay mejoras en ellas, nuevos materiales para baterías y también almacenamiento alternativo se ven cada vez más promisorios. Por mi parte, me gusta trabajar sobre modelos matemáticos y simularlos en Matlab/Simulink de esta manera colocando los escenarios adecuados, podemos ver la influencia de tal o cual dispositivio o material en el funcionamiento de la microgrid o smartgrid…
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La tecnología de las turbinas eólicas se ha ido mejorando con el correr el tiempo. Por ejemplo en Alemania hacia el año 1990 se tenia potencias de aprox 160 kW. Durante este período se ha incrementado en factor de 10, es decir, hacia el 2004 se tenía turbinas del orden de los 1600 MW. Con ello se incrementa la capacidad de generación y por consiguiente, va implícito el incremento de la altura de la torre, hub y diámetro. Los álabes son más grandes y además, surgen nuevos problemas de ingeniería que han sido superados progresivamente por las empresas fabricantes y universidades. En este orden de potencia estamos hablando de diámetros comprendidos entre 70 a 100 metros aproximadamente. La figura representa un comportamiento lineal, lo que indica, una política de implementación de renovables sostenida y financiada en el tiempo.
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En muchos casos de las diferentes temáticas tratadas en las energías renovables, los factores medioambientales tienen comportamiento aleatorio; también, la forma con que se consume la energía y los valores de tensión, corriente y energía que circulan a través de las redes eléctricas o microgrid o sistema eléctricos en general. Sin embargo, el gran reto de ingeniería, es que a pesar de que haya (y que siempre habrá) factores de comportamiento aleatorio, la respuesta del sistema o su comportamiento esté siempre dentro de lo ya establecido en la mesa de trabajo del ingeniero. La gráfica muestra el comportamiento de una señal senoidal dibujado como curva paramétrica a la que se ha añadido una perturbación aleatoria, a pesar de que no tenga la forma deseada (una curva cerrada), nos muestra que el comportamiento cumple un movimiento casi circular con ligera variación de su trayectoria ideal. Este aleatorio añadido sirve para que en casos específicos de estudio se determine el posible valor del aleatorio en base a los datos recolectados de campo o de laboratorio. Gráfica hecha en Matlab de MathWorks Inc.
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Good day. My full name is Jorge Luis MIREZ TARRILLO.
I am Peruvian and live in Lima, capital of Perú in South America.I am Mechanical Electrical Engineering, MSc Physics and Dr. Physics (title doctoral thesis: Control, Optimization, and Management of Microgrid Current Direct)
Too, actually job as Principal Professor in Faculty of Oil, Gas and Petrochemical Engineering of Universidad Nacional de Ingeniería (National University of Engineering) in Lima – PERU (Courses: Modern Physics, Differential Equations and Research's Methodology)
My subjects of my interest are control, signal processing, optimization, simulation, biomedical research, smart grid, microgrid, water.
I have experience in Matlab/Simulink programming, biomedical equipment, electrical systems, renewable energies, microgrids, saturated steam systems 100 psi and organizing academic events.
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