Archive for the ‘Eólica’ Category
La generación de electricidad a partir de una energía primaria cambiante, genera grandes variaciones a la salida, para lo cual se usa electrónica de potencia para adecuarla. Aún así, por el mismo funcionamiento de la electrónica de potencia y la señal eléctrica que manipula, la señal de salida presenta armónicos y que en el caso de Dinamarca han fijado los límites de cada armónico según su orden (ver figura). Los efectos se conocen de cada uno de los armónicos. Asumo que han sido evaluados, simulados y testeados en laboratorio. Interesante tema de investigación es por ejemplo que se modele una turbina y luego se simule todo el sistema eólico, y ver la influencia en el sistema la presencia de un armónico en específico, partiendo por el más básico: el tercero (que no está en la figura), e ir incrementado el orden y ver sus efectos, en algunos casos los modelos tendrán que ser sólo ecuaciones unidimensionales, en otras ya será necesario 2D y 3D, todas ellas a determinar su comportamiento en el tiempo. Obvio si es con un lenguaje de programación de alto nivel y universal como Matlab/Simulink… sería muy interesante.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Existen distintas estrategias de control y distintos modos de operación, que se pueden clasificar en función de su duración en temporales o permanentes. Los modos temporales son aquellos que tienen una duración limitada, estos son: arranque, conexión a red, parada normal y parada de emergencia. Los modos de operación permanente son: máquina parada, pausa y funcionamiento normal, dentro de este último modo existen distintas condiciones dependiendo de factores externos como puede ser la velocidad del viento, la cual influye directamente en la condición de carga del aerogenerador que se clasifica en carga parcial o plena carga. En la figura se puede apreciar un diagrama de flujo lógico entre los distintos modos de operación mencionados anteriormente…. Amén :)D
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El sistema de control es el encargado del automatismo del aerogenerador así como de obtener toda la informaci´no de todo el sistema de generación, componentes de la turbina, condiciones de viento, magnitudes eléctricas como por ejemplo potencia generada hacia la red y demás. Esta información obtenida de sensores y medidores es un elemento esencial para lograr una estrategia de control adecuada, para un aprovechamiento óptimo de los recursos energéticos del viento, el cual se puede entender como una estrategia de máxima potencia, sin dejar de lado las limitantes impuestas por la máquina, las cuales no deben ser superadas si se quiere proteger al aerogenerador.
Este sistema de control es el encargado de elegir el modo de operación del aerogenerador según las condiciones establecidas. En la figura se muestra un ejemplo de un sistema de control, también llamado sistema de supervisión, con todos los sitemas del aerogenerador. Esto se puede (y en parte lo he hecho) en Matlab/Simulink.
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La figura muestra las diferentes etapas y procesos involucrados desde la captura de energía del viento hasta la entrega final de la energía eléctrica a la red externa. La parte de la turbina eólica que lo que procura es capturar la máxima cantidad de energía del viento y convertirla en energía mecánica en movimiento rotacional la cual es adecuadamente manipulada para que sea aprovechada en el generador eléctrico. Pero debido a lo variable que es el viento, las RPM que se tiene en el eje con cambiantes y así mismo la carga eléctrica conectada que induce contratorques aleatorios en el generador, por lo tanto, en ese aspecto entra sistemas de control y supervisión que permiten en primer lugar asegurar el suministro de energía, luego disponerla de una manera que cumpla la normativa de calidad eléctrica. En el caso de Perú, el despacho desde parques eólicos tiene prioridad y es por ello que se cuida mucho que la potencia generada por las turbinas no sea apreciable ya que el resto del mercado funciona al mínimo costo por medio de comportamiento determinísticos y planificados del mando y operación de las centrales eléctricas del sistema.
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Si miramos una turbina eólica como un sistema a analizar desde el punto de vista de la teoría de control encontramos que esta tiene variables de entrada y de salida. Entre las entradas esta la geometría del rotor; también aquellas que tienen que ver con las variables de estado de la máquina como son la velocidad angular, el ángulo de ataque y la orientación de la turbina; también la entrada de energía que viene a ser la medición de la velocidad de viento multiplicada en el software por el área que cubre el rotor en su movimiento. Las variables de salida que interesan en primer lugar son la potencia y el torque. Esto es una descripción sólo de la turbina eólica. Interesante y como pueden ver en otros post en este blog hay modelos que he hecho de la potencia y alguno por ahí en que calculo el torque resultante, hecho en Matlab/Simulink…
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La figura muestra los principales componentes de un parque eólico. Un parque eólico está compuesto por varios aerogeneradores todos o conectados a un mismo transformador o conectado en grupos (cuando la geografía lo permite) a un transformador y estos conectados en paralelo hacia la red eléctrica nacional. Entran a tallar varias variables algunas definidas desde el hardward instalado y otros de mediciones que se hacen de las variables medioambientales y de funcionamiento de la red en el mismo sitio. Las características del viento es un dato importante y que constantemente la dirección y el valor de la velocidad de viento retroalimentan constamente al sistema de control representado por la unidad controladora (Unit Controller). El flujo de información y toma de decisiones al interior del parque eólico se visualiza entre los diferentes equipos que sirven en la producción, adecuación de la energía producida y la interacción con la red eléctrica nacional, en donde existe un ambiente que viene a ser el sistema de supervisor (Supervisory Control Room). Todos estos elementos envuelven muchos temas de estudio y una de las posibilidades que permite la computación ahora es realizar procesos de modelamiento y simulación de estos sistemas… en lo personal lo hago usando Matlab/Simulink
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La figura muestra como era las perspectivas de mercado en energías renovables en los países de la Unión Europea durante el año 2011, en ello se puede ver la repartición según porcentaje reflejo de las potencias involucradas. Si juntamos los valores de Alemania, Reino Unido y España es casi el 50%. Si juntamos las potencias de Alemania, Reino Unido, España, Italia, Francia y Suecia (todos ellos países considerados desarrollados y con un alto nivel de calidad de vida) es casi el 75% del mercado europeo. Las consideraciones son muchas para tal desarrollo partiendo en que cuando hacen sus cálculos consideran todos los elementos desde la parte de dinero involucrado, cuestiones ambientales, no emisión de carbono producto de un mayor nivel de conciencia y compromiso medioambiental y el desarrollo de las tecnologías por parte de sus empresas (y que al final el resto del mundo las compramos porque no nos queda otra y nos tenemos que ajustar a calcular bajo un mediocre criterio técnico/económico dado que por lo general tanto gobiernos como universidades/centros de investigación tienen el concepto de ser incapaces de aportar al desarrollo de las energías renovables creando software o harware para el mismo)
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El año 2011 es un año interesante para ver como va la implementación de las energías renovables a nivel mundial y volumen de las potencias involucradas, en especial, frente a realidades como lo son África, América Latina, Centro América y Antillas. El abastecimiento de energía depende de la economía y el grado de desarrollo de un país, o en inversa, la producción por parte de grandes industrias y medianas industrias involucra mayor necesidad de energía eléctrica. En la figura que muestra sólo el año 2011 y a la fecha han pasado ya varios años y las potencias en cada país ha cambiado, llama la atención Alemania y la potencia implementada que hace añicos a varios países y es que como economía: la calidad, puntualidad, esmero, alta tecnología, innovación, alto nivel educativo, eficiencia entre otras virtudes vertidas en un sin fin de productos de poca, media y alta tecnología… siempre hay mercado para tales mercancías…
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Enlace Parte 1: https://youtu.be/4k7BPpdO_H0
Enlace Parte 2: https://youtu.be/St4dRPdZG_k
Comparto con Uds. la presente filmación de la conferencia organizada por la Rama Estudiantil de la IEEE – Sociedad de Potencia de la Universidad Nacional de Ingeniería en Lima, Perú, y con el agradecimiento de las personas todas desde antes hasta la fecha que hicieron posible esto…
Atte: Jorge Mírez – UNI – PERU
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TEMARIO:
Energías renovables
Concepto
Los tipos de energías renovables
Tecnologías en cada tipo
Modelamiento simulación de c/tecnología
Impacto en la sociedad
Impacto en la industria
Impacto en la universidad
Generación distribuida
Concepto
Esquemas de conexión eléctrica
Esquemas de control
Esquemas de gestión
Esquemas de optimización
Modelamiento y simulación c/caso
Microredes
Concepto
Esquemas generales
Modos de funcionamiento
Partes
Esquemas de conexión eléctrica
Esquemas de control
Esquemas de gestión
Esquemas de optimización
Microredes modelo en el mundo
MicroRed CEDER
Modelamiento y simulación de casos
Será una conferencia en la que podré hablar de lo que son las energías renovables, sus diferentes tecnologías, modelamiento y simulaciones de turbinas eólicas, paneles solares, baterías, concentradores cilíndricos parabólicos, turbinas submarinas, unidades de control de potencia y corriente, despacho, entre otras cosas. Luego la generación distribuida y las microredes, en la que hay diferentes modelos computacionales que se he hecho en Matlab/Simulink a mostrarles. Conversaremos de la importancia de las renovables y el reto que nos asume el poder conocer, comprender y aportar a este campo de la ingeniería con mucho interés en la industria. Experiencias tanto en Perú como en pasantías en el exterior serán compartidas en una reunión de aproximadamente dos horas y que con gusto estaré apto para responder preguntar e iniciar cooperación académica sea con las universidades o empresas. Sean bienvenidos a la Universidad Nacional de Ingeniería en Lima – PERU a quienes nos visiten de provincia y del exterior. La conferencia es libre y pueden asistir estudiantes, profesionales y público en general de cualquier instituto, universidad, centro de investigación y ciudad. Hay un enlace de inscripción y también para quienes deseen una certificación. Los costos de certificación serán para fortalecer las actividades de la Rama IEEE PES UNI con quienes tengo el agrado de que hayan organizado esta conferencia. Les esperamos !!
Jorge MIREZ
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Estudios de campo son necesarios para determinar y evaluar el potencial eólico específico de un lugar determinado. Hay un referente en Perú que es el mapa eólico del Perú en que se puede ver la velocidad de viento en promedio anual y por estaciones del año. Entonces lo que se tiene en las figuras de este post es información actualizada a Julio del 2015 de las concesiones hechas para estudios de campo con medición de velocidad de viento dadas por el Ministerio de Energía y Minas. Sin embargo, como se dijo en un anterior post, no se ve que en las reglas de juego participen las universidades o los grupos de investigación… por mi parte, yo si doy ese servicio de analizar la data recolectada a fin de evaluar potencial eólico para un parque eólico, me escriben al email jorgemirez2002@gmail.com … Es interesante saber que hay muchas empresas, el potencial es bueno, sólo falta un poco más de impulso para que la producción de renovables sea un factor apreciado en el balance de energía nacional.
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En el año 2009 se inició unos estudios para determinar cuál es la capacidad de inyección de energía eléctrica proveniente de centrales eólicas y el gráfico es el resumen del mismo. A nivel nacional en Perú se tiene determinadas barras que son nodos importantes en el sistema eléctrico nacional, cada uno tiene una determinada capacidad de soporte de energía eólica. Sin embargo, hay que considerar que países como Dinamarca han logrado abastecerse con el 100% de energía proveniente desde centrales eólicas e incluso 150% han logrado y ha sido exportado hacia otros países. Pero claro es país con un sistema eléctrico grande y en cambio el Perú es un sistema eléctrico débil es decir que no tiene una gran máxima demanda de energía eléctrica, en fin, cuestión a determinar cada año a medida que va creciendo la demanda y generación de energía eléctrica en Perú como lo voy a mostrar en otros post. Esto es trabajo de estadística y si tienen datos estadísticos y desean compartirlos o trabajarlos en conjunto es bienvenido el realizar servicios o trabajar en colaboración.
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La Central Eólica «Talara» ubicada en la parte norte del Perú en la región Piura. La Región Piura tiene al interior una gran superficie desértica, principalmente dedicada a la producción de fosfatos (El Perú: Un Mendigo sentado en un banco de Oro… no crea tecnologías ni valor agregado a sus productos, sólo es un Pobre país conformista que vende sólo materias primas). Y bueno el emplazamiento esta en la misma ciudad y es que el aire proveniente del mar asciende por la ciudad la cual es asienta en una pendiente encantadora y que desde la parte alta se observa incluso las plataformas de extracción de petróleo. La Central Eólica «Talara» complementa con generación a la parte norte del Perú que actualmente sufre una desabastecimiento de energía debido al crecimiento de la economía, además que su principal fuente de alimentación es la generación en la zona central del Perú, por lo tanto, la línea de transmisión hacia el Norte se satura, y para compensar ello se encienden centrales eléctricas para compensar la caída de tensión y brindar parte del suministro… incluso se llegó a importar energía eléctrica desde Ecuador. Para quienes puedan visiten Talara, aparte de la buena comida esta ahora la central eólica. Conozco Talara cuando hace algunos años fui invitado a dar clases de Matemática Aplicada usando Matlab/Simulink para un programa de postgrado Maestría en Ingeniería de Petróleo que fue dictada por la Universidad Nacional de Ingeniería en cercanías de Talara… acá toda la matemática superior de ingeniería fue dictada usando códigos y ejemplos.
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Es una central eólica en operación actualmente. Cuando lo visite estaba en construcción y el equipamiento es inmenso (creo haber colocado algunas fotos en mi facebook personal). Los álabes inmensos, igualmente las góndolas y torres. Uno a simple vista puede observar que los problemas de ingeniería a tener en cuenta en el diseño de los mismos son mucho más de los que se dan en universidad peruana alguna y ante estas tecnologías, las escuelas de ingeniería deben prever la formación de capacidades humanas y mas que todo la continuidad de soluciones tecnológicas que se puedan presentar a fin de aportar a la industria y con ello, tener fuentes de financiamiento para proyectos, becas y laboratorios. La mediocridad es el cáncer de la educación superior. En fin, desde dicho emplazamiento se tiene una hermosa mirada del mar peruano… una vista casi paradisíaca. Están ubicadas sobre una ladera que corona en una parte alta. La evaluación de los datos de generación eléctrica, medición de viento, vibraciones, velocidad de rotación, entre otras son útiles para evaluar el desempeño de las turbinas que si bien cierto son productos ya terminados y puesto en el mercado, no dejan de ser tema de investigación, innovación y desarrollo… como en mi caso, suelo trabajar con modelamiento y simulaciones para entender procesos y fenómenos físicos, presto a servirles.
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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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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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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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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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