Archive for the ‘Energía Eólica’ Category
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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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La figura muestra como están distribuidos los elementos que conforman y se disponen dentro de la góndola de un aerogenerador. Hay poco espacio, la competencia es mucha entre fabricantes. Las normas técnicas algunas son exigentes, sin embargo, el mercado dispone en muchos países que el precio mande y por lo general, en dichos casos las normas técnicas se vuelven más que todo para uniformizar el mercado hacia productos estándares. Las normas técnicas son sólo una referencia y no se pueden tomar como ley. Estas pueden ser refutadas e incluso se debe pedir mejores diseños con lo cual se sustenta el uso de mejores normas técnicas y por lo tanto un mayor costo de la inversión. Pero lamentablemente muchos ingenieros evitan la responsabilidad y el haber estudiado cinco años en universidad terminan por ser reducidos a mero trabajo técnico de actividades rutinarias y procedimientos de evaluación estandarizados. La figura pueden ver las partes y existen trabajos de modelamiento y simulación al respecto, yo los hago en Matlab/Simulink y gustoso de trabajar con los interesados…
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Molinos de viento o turbinas de viento con eje horizontal creo que todos los lectores tienen una idea con la turbina tripala implementada en ya grandes cantidades en granjas eólicas en varios países del mundo. Sin embargo, diseños alternativos también han sido desarrollados para pequeñas y grandes potencias, con diferentes materiales que involucra costos de fabricación, mantenimiento y operación. La figura representa desde los antiguos modelos ya utilizados en la Edad Medía hasta algunos modernos. Los presentados son de referencia, pueden haber y de hecho que los hay mucho más modelos de turbinas. Lo principal es tener una área que haga frente al viento fluyente y pueda causar una torsión y generación de potencia mecánica que mediante un eje sirva para mover un motor primo que transforme la energía mecánica a eléctrica u otro uso.
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Hay parámetros que afectan el costo de la generación eólica. Sobre la base de un 100% nominal mejoras como la velocidad del viento, la reducción de pérdidas, entre otras condiciones. Algo que más llama la atención son los costes de inversión, los intereses y los costos de operación y mantenimiento. En este punto la subvención permite el desarrollo e implementación de turbinas eólicas, el desarrollo de la tecnología y los consecutivos modelos mejoran los materiales y se reducen los costos; así mismo, la facilidad del financiamiento que se debe tener con intereses algo más asequibles. Los costos de mantenimiento y operación, involucra el tener el personal técnico adecuado y la asequibilidad de los repuestos hasta los lugares de las turbinas; en algunos países no existe la formación de profesionales, incluso las carreras de ingeniería discuten aún si ello es posible o no careciendo de la visión a futuro en corto plazo ni el aporte que pueden dar a esta rama de la ingeniería. En cuanto a la operación, los impuestos y el gastos como el cuidado de las instalaciones, alquiler del terreno, entre otros ya depende de autoridades locales.
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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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En Perú se han estado realizados Procesos de Subasta para la implementación de centrales eléctricas desde fuentes renovables. Ya van dos, y este año 2015 se piensa realizar la 3era subasta. Entiendo por energías renovables aquellas que no afectan significativamente el medio ambiente. Por ejemplo, el viento luego de incidir sobre las aspas de las turbinas eólicas reduce un poco su velocidad, pero luego aguas abajo recupera su perfil de velocidades, lo único que influye es su efecto visual y el ruido que pueden hacer al circular el aire por los álabes. Igual parecido a las centrales solares fotovoltaicas, instaladas en áreas donde por lo general, no son de interés para otras actividades, son suelos eraseos, con bastante sol, por lo tanto, ni siquiera llegan a ser visibles a poblaciones; a veces, también se instalan como parte de techos o áreas libres de empresas o instituciones y la impresión que se tiene es que es un área ahora aprovechada para un suministro alternativo de energía. No puedo así opinar por la energía hidráulica, ahora lo han clasificado como renovable quizás para mencionar que sus procesos de implementación de renovables tienen cierto éxito; no lo debería ser así el estar jugando con las palabras y la técnica a fin de sustentar gestión energética pues resulta que para las centrales hidroeléctricas hay que implementar una presa y un reservorio y eso ya de por sí cambia el medio ambiente circundante, un embalse en cualquier paraje es ya un cambio al medio ambiente y teniendo ecosistemas ahora bastante frágiles debido al calentamiento global y al desarrollo de la civilización que no ha escatimado en destruir el entorno natural, viene a ser una «cortina de humo» esa seudo-amabilidad ambiental de la generación hidráulica. Renovables también pueden ser las centrales electricas mareomotrices, con el adecuado cuidado de emisión de calor residual hacia el medio ambiente lo son las central geotérmicas. En la figura están las que se han adjudicado durante la segunda subasta y que estarán pronto en construcción y puesta en marcha…
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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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- DERs grid-forming: Estas unidades son la columna vertebral de las microgrids. Siendo responsable de mantener estable las condiciones del sistema de potencia, estas unidades constantemente hacen control de frecuencia y voltaje tener a tono los sistemas de generación y la demanda. Estas unidades pueden ser convencionales generadores síncronos o Inversores de Fuente de Voltaje (VSI) con almacenamiento de baterías.
- DERs grid-supporting: Unidades controlables (despachables) los cuales son dependientes del voltaje y frecuencia del bus. Estas unidades pueden ser de almacenamiento (volantes de inercia, baterías, almacenamiento térmico) o generadores cuyos principal recursos son despachables (celdas de combustible, micro turbinas, etc).
- DERs grid-following: Generadores no controlables. Estas unidades son frecuentemente diseñados para maximizar su salida por medio de Seguidores de Punto de Máxima Potencia (MPPT). Ellos no realizan control de frecuencia y voltaje en su PCC, en su lugar, ellos “siguen” la señal de voltaje y frecuencia y actúan como una fuente de corriente. La principal guía para esta estrategia de control es la incertidumbre de la fuente de energía primaria de estas tecnologías. Algunos ejemplos son las celdas fotovoltaicas y las pequeñas turbinas eólicas.
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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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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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J778: Enlace entre portadores y convertidores de energía en un futuro sistema de energía sostenible…
En un futuro el sol es de hecho la fuente de energía primaria. La cantidad de energía solar que incide sobre la Tierra es muchas veces la cantidad actual de energía que necesitamos cada año. Sólo una pequeña fracción de la superficie del Desierto del Sahara puede suministrar todas las necesidades energéticas del planeta. De la interacción del Sol con el planeta surgen el viento, las olas y la biomasa que usando las tecnologías y equipos adecuados se logra captar y convertir esa energía primaria para ser usada en forma de electricidad y calor. El excedente requiere así mismo de formas de almacenamiento que permita también la posibilidad de usarlo cuando no exista generación de calor o electricidad. La figura muestra los múltiples enlaces entre ellas. Cada uno puede pensar de la forma como pueden interactuar y recrear diferentes escenarios de estudio….
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El término sistema híbrido de energía se refiere a aquellas aplicaciones en el cual múltiples dispositivos de conversión de energía son usados para lograr suministrar un requerimiento de energía. Estos sistemas son frecuentemente usados en aplicaciones aisladas y normalmente incluye al menos una fuente de energía renovable en la configuración. Sistemas hídridos de energía son usados como una alternativa a los sistemas convencionales, los cuales típicamente son basados sobre una única fuente de combustible fósil. Sistemas híbridos pueden también ser usadas como parte de las aplicaciones de generación distribuida en redes de electricidad convencionales.
En la figura uno de los sistemas renovables híbridos más comunes implementados y estudiados hasta que se describe en el presente día..
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La figura muestra los detalles de cada fuente. La potencia es proveída por una fuente de voltaje DC. Este suministro es una excelente emulación de un sistema de microturbina o celdas de combustibles con almacenamiento sobre el bus DC. En los terminales AC del inversor hay un filtro LC para atrapar los componentes en la frecuencia de switching (suitcheo). El tamaño del transformador e inductor son dimensionados para asegurar que el ángulo de voltaje a través de la inductancia es 10° a potencia nominal. El control es digitalmente implementado en un DSP (Procesador Digital de Señales) para manejar el comportamiento del inversor. La medición del flujo de corriente es usado en la opción de control de flujo de alimentador. Notar que la medición de la corriente inyectada por la unidad es necesario también durante el control de flujo de alimentador dado que ello es usado para calcular la potencia reactiva Q y la potencia activa P para cumplir sus límites.
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Los controles de microfuentes necesitan asegurar que: nuevas microfuentes pueden ser agregadas al sistema sin modificación del equipamiento existente, setpoints pueden ser independientemente seleccionados, la microgrid puede conectarse o estar aislada de la grid en una manera rápido y sin cortes, potencia activa y reactiva puede ser independientemente controlada, y poder encontrar las necesidades dinámicas de las cargas. Cada microcontrolador de microfuente puede responder efectivamente a los cambios del sistema sin requerir datos desde las cargas, el swith estático u otras fuentes.
Los bloques de la izquierda calcula los valores de tiempo real para P, Q y la magnitud de voltaje. Los dos droops son implementadas en bloques separadas. El control genera la magnitud de voltaje y de ángulo deseado en los terminales del inversor. El generador de impulso de puerta es responsable de emitir los impulsos de disparo correctas a la electrónica de potencia en el interior del inversor para realizar un seguimiento de las solicitudes del control. Operando del inversor como un tensión detrás de una impedancia resulta en P==\sigma y Q==|V| … En esta temática de estudio e investigación voy…
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Estaba analizando datos de velocidad de viento (unos 100 datos) y encuentro varias formas de estudiarlas (aún tengo por estudiar todo ello y ver si sirve para los propósitos de mi tesis doctoral /escribo hoy abril 2015/). La figura 1 son los datos normales, la figura 2 es el que sale usando el comando filter de Matlab y el tercero usando el comando retrending. Creo que retrending está mal usado, dado que el viento es bastante aleatorio y no tiene una velocidad promedio ya que el retrending resta el promedio para tratar de centrarse en los cambios. El uso de filter puede aliviar en el análisis pero no en la veracidad de los datos, quizás el filter se vea su uso aceptable considerando que las turbinas tienen una gran masa en movimiento y esta de cierta manera amortigua los cambios de velocidad y por lo tanto ese alisamiento de la figura 2 con respecto a la figura 1 pueda tener sentido.
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El error absoluto medio es el promedio de la suma de todos los valores absolutos de los errores de pronóstico para un particular periodo de análisis «k». La gráfica es producto de una data que se analiza con un k=5 horas.
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El modelo de error sistemático o bias es el promedio de todos los errores pronosticados durante el período de estudio. En la figura se muestra en escala logarítmica, dado que se ha tomado un período largo de estudio de muchas horas (las horas de un año). El código fue implementado en Matlab. Este es uno de los varios indicadores que hay para analizar la perfomance del pronóstico.
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El modelo de persistencia es un método que se basa en que dentro de un período de tiempo el fenómeno se vuelve a repetir en igual intensidad. La gráfica por ejemplo nos representa un cálculo en horas (eje horizontal) en que se ha tomado como que cada 5 horas se repite la misma potencia eólica o velocidad de viento. Queda interesante decir que esto no elimina los espacios en que no se ha tomado lecturas. Una técnica como el control droop sirve para trabajar en dicha situación, pues recoge información local y en base a eso el generador hace la producción de electricidad. La gráfica es a modo de ejemplo y hay que afinar el método para que el error sea el mínimo posible. La gráfica muestra el error que hay entre el valor predicho y el valor real que se presenta. La escala vertical para este ejemplo es en m/s. Hecho 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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