Archive for the ‘Fuel Cell’ Category
As the wind penetration increases, the hydrogen options become most economical. Also, sales of hydrogen as a vehicle fuel are more lucrative than reconverting the hydrogen back into electricity. Industry is developing low-maintenance electrolysers to produce hydrogen fuel. Because these electrolysers require a constant minimum load, wind turbines must be integrated with grid or energy systems to provide power in the absence of wind.
Electrical energy could be produced and delivered to the grid from hydrogen by a fuel cell or a hydrogen combustion generator. The fuel cell produces power through a chemical reaction, and energy is released from the hydrogen when it reacts with the oxygen in the air. Also, wind electrolysis promises to establish new synergies in energy networks. It will be possible to gradually supply domestic-natural-gas infrastructures, as reserves diminish, by feeding hydrogen from grid-remote wind farms into natural-gas pipelines. The Figure shows a variable-speed wind turbine with a hydrogen storage system and a fuel cell system to reconvert the hydrogen to the electrical grid…
Source:
Juan Manuel Carrasco, Leopoldo García Franquelo, Jan T. Bialasiewicz, Eduardo Galván, Ramón C. Portillo Guisado, Ángeles Martín Prats, José Ignacio León and Narciso Moreno-Alfonso “Power-Electronic Systems for the Grid integration of Renewable Energy Sources: A Survey”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 4, August 2006
Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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J963e: Other example of microgrid con cell fuel wind turbine PV microturbine battery bank and loads…
This microgrid have different elements: wind turbine, photovoltaics, fuel cell, battery bank, microturbine and interconection with main grifd. The level power is little but it is a interesting microgrid for study. It is a typical AC microgrid with load distribuited in many locations into microgrid. Main grind is a sub-transmission network in 20 kV.
Image Source:
Aris L. Dimeas, Nikos D. Natziargyriou “Operation of Multiagent System for Microgrid Control” IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 20, No. 3, August 2005.
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The figure illustrates the concept of the power management method in the islanded mode. When a DC micro-grid must be separated from the ac grid and switch to the islanded mode, the grid-tied converter released control of the DC grid voltage and one of the converters in the micro-grid must take over that control. Since each converter of DGs is used for optimal control of each source, only the converters of the energy storage elements are free to regulate the DC grid voltage. During the islanded mode, the battery plays a main role in regulating the DC grid voltage and the super-capacitor plays a secondary role in responding to the sudden power requirement as an auxiliary converter.
Source:
Ji-Heon Lee, Hyun-Jun Kim, Byung-Moon Han, Yu-Seok Jeong, Hyo-Sik Yang and Han-Ju Cha “DC Micro-Grid Operational Analysis with a Detailed Simulation Model for Distributed Generation” Journal of Power Electronics, Vol. 11, No. 3, May 2011
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The communication infrastructure of a power system typically consists of SCADA systems with dedicated communication channels to and from the System Control Centre and a Wide Area Network (WAN). Some long-established power utilities may have private telephone networks and other legacy communication systems. The SCADA systems connect all the major power system operational facilities, that is, the central generating stations, the transmission grid substations and the primary distribution substations to the System Control Centre. The WAN is used for corporate business and market operations. These form the core communication networks of the traditional power system. However, in the Smart Grid,it is expected that these two elements of communication infrastructure will merge into a Utility WAN.
An essential development of the Smart Grid (see figure ) is to extend communication throughout the distribution system and to establish two-way communications with customers through Neighbourhood Area Networks (NANs) covering the areas served by distribution substations. Customers’ premises will have Home Area Networks (HANs). The interface of the Home and Neighbourhood Area Networks will be through a smart meter or smart interfacing device.
Source:
SMART GRID
TECHNOLOGY AND APPLICATIONS
Janaka Ekanayake
Cardiff University, UK
Kithsiri Liyanage
University of Peradeniya, Sri Lanka
Jianzhong Wu
Cardiff University, UK
Akihiko Yokoyama
University of Tokyo, Japan
Nick Jenkins
Cardiff University, UK
A John Wiley & Sons, Ltd., Publication
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La figura muestra el concepto de un sistema híbrido ac/dc donde varias fuentes y cargas ac y dc son conectadas a sus correspondientes redes ac y dc. Las redes ac y dc están conectadas a través de dos transformadores y conversores trifásicos ac/dc bidireccionales. Pueden observar la diversidad de micro fuentes que se está utilizando en la descripción de la microred, incluye los diferentes dispositivos de electrónica de potencia que sirven para adecuar la energía eléctrica desde fuentes y para cargas eléctricas. Hay vehículos eléctricos conectados a la microred. Los generadores eólicos tienen diferentes configuración de control (diferentes tipos de turbinas eólicas). Un grupo electrógeno diesel también se da, dado que estos grupos se consideran los que en último caso darán energía a la microred eléctrica en situaciones ya críticas pero a la vez rentables en lo posible en economía. Para todo esto se crea modelos matemáticos de cada elemento y luego se integran en un solo programa en que se puedan cambiar las condiciones de trabajo y analizar las variables de respuesta de lo que se desea estudiar. Yo lo hago en Matlab/Simulink para quienes deseen que les brinde el servicio de asesoramiento.
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Atiendo a esta reunión bastante importante es que gracias al apoyo de CYTED y CEDER-CIEMAT es que daremos esta conferencia en el marco del IIi Congreso Iberoamericano de Microredes con Generación Distribuida de Renovables. Este evento sirve de marco para el intercambio de información, experiencias y el tomar en contacto con investigadores provenientes de diferentes países de habla hispana y no hispana, dedicados al sector energía y otros sectores incluyendo el aeroespacial en que el uso de fuentes de energía como sol, viento, biomasa, celdas de combustible, entre otras es bastante importante. Y no sólo eso, importante y quizás mucho más lo que es las técnicas de control, predicción, modelamiento y simulación, software desarrollado que son las cosas de mayor valor agregado, la combinación de diferentes escenarios de trabajo y de implementación en industrias, centros de atención de salud, barcos, naves espaciales, soporte de vida en condiciones extremas, etc. Les dejo la portada de mi presentación y cualquier comunicación a jorgemirez2002@gmail.com, y quienes estén por acá, estaremos conversando.
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En este post muestro el ejemplo que han usado para analizar la performance de un sistema eléctrico que cuenta con un Distribuited Energy Storage (almacenamiento de energía distribuida… o su equivalente en español). Muchos de estos escenarios no han sido construidos porque toda vez, éstos se están recién investigando en el mundo, y lo que se ha podido construir son casos puntuales en que casi a medida del laboratorio, universidad o institución de investigación se han implementado. Observen la cantidad de potencia que está involucrada y a eso apunta el mercado eléctrico, a una implementación masiva de estas soluciones en los mercados nacionales. Cargas eléctricas, barras y elementos de acondicionamiento de energía eléctrica desarrollados con electrónica de potencia son esenciales en estas implementaciones, que me encargo de estudiar y por medio de este blog compartir con la comunidad de habla española y a quienes usan el traductor del blog (en inglés). Si desean hacer sus políticas nacionales o estudios de impacto de las renovables o investigaciones relacionadas mi correo jorgemirez2002@gmail.com
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Las microredes son sistemas eléctricos con capacidades de hasta 10 MVA, lo cual para América Latina es una potencia apreciable, sin embargo, en los estándares mundiales 10 MVA es un pizca energética y para lo cual hay que estar ya desde la formación universitaria acostumbrados a realizar todos los cálculos posibles bajo lo que acarrea en equipamiento ese nivel de potencia. La figura muestra un esquema de configuración de microred de corriente continua – acá nada que ver con la absurda y nostálgica idea de la lucha entre AC y DC, esas cosas son arcaicas y quedaron en el pasado, dado que son las actuales necesidades energética y de distribución las que determinan las decisiones en el mercado eléctrico – podrán ver entre elementos entre baterías electroquímicas, super condensadores, celdas de combustible, cargas eléctricas y una conexión hacia la red eléctrica externa. Hay mucha electrónica de potencia?…. Pero sí y lo hay, y no es que se quiera decir que se necesitan muchos ingenieros electrónicos, se necesitan pero buenos, además, estos sistemas ya tienen cierta madurez y son de fabricación masiva y lo bueno es que tienen todas las herramientas para una operación inteligente, así que evitaremos que las empresas nos vengan con el cuentito de que necesitan mantenimiento cada cierto tiempo – cosa que suele suceder es falso y en algunos equipos bastante absurdo – dado el reporte con que suplen con información al controlador central de la microred. Microredes y sus componentes es lo que ahora investigo mediante modelamiento matemático y simulaciones numéricas con Matlab/Simulink…
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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
http://www.geocities.ws/jorgemirez
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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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Las celdas de combustible se vienen desarrollando. En la figura se observa la tendencia hecha hace algunos años sobre su introducción al mercado. Esto quiere decir a precios que sean comprables por consumidores, industrias, gobiernos. Hay un gran interés al respecto de las celdas de combustible, dado que se prevé que sean las que reemplacen a los combustibles fósiles en el sector transporte que representa cerca del 20 % del consumo energético mundial. Es un gran mercado, cualquier desarrollo es bienvenido a este ya asfixiado planeta Tierra. Aunque en la figura se observa alguna demora, eso significa que son actualmente temas de investigación, desarrollo e innovación, así que son buenos temas,…
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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
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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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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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Se ha hecho un estudio de tal manera que se vean si podemos hasta el 2030 dejar de emitir un 50% de las emisiones que se realizaban hacia el 2002. Implica esto de decisiones importantes tanto en lo político como en la industria, así como en los mercados principalmente de aquellos con grandes consumos de energía (países desarrollados y en desarrollo…. [Perú no cuenta a las justas ni llegamos a 10 GW de capacidad instalada, por lo tanto, no somos un país en vías de desarrollo]) … Hay un fuerte impulso en lo que son las renovables, pero la cantidad de MW involucrados es de considerar. Recientemente leí una noticia que Dinamarca había logrado el 40% de consumo a partir de renovables (en Perú se dice que las renovables no pueden implementar debido a que causa inestabilidad en el sistema, obvio con un sistema eléctrico nada robusto eso es posible… por lo tanto, debe haber políticas para incrementar el consumo de energía eléctrica y propiciar las plantas de energía renovable de muchos MW). Por lo tanto, se es necesario estar al tanto de la tecnología y aportar en lo posible para que esto prospere, lo mismo en construcciones más eficientes y tecnologías (nuevas o existentes) que se pueden usar en la industria. De hecho, para lograr esta curva, los investigadores (bastante técnicos y no burocráticos) han tenido un sano criterio y juicio de comprender la actualidad energética y sus variables para hacer estas simulaciones.
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«El Dr. Norrby comentó a los estudiantes de nuestro campus que para algún día ser Premios Nobel, no deben olvidar seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad por explicar ciertos fenómenos, una educación de base sólida, un buen mentor [alguien que te clarifique el camino y esté al tanto de lo que sucede en el mundo, de la importancia de tal o cual investigación en beneficio de la humanidad… tan importante es tener un buen mentor], un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel, experimentos fuera de serie que rompan paradigmas en una rama que los intrigue y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional».
Estimados (gentlement) lo comparto porque lo veo importante… muy importante lo diría si uno se fija en lo que sugiere el entrevistado y la realidad universitaria.
Fuente: http://www2.ccm.itesm.mx/sites/ccm.itesm.mx.talentotec/files/historico/talentotec055.pdf
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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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