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Las microgrids (micro redes de energía eléctrica y de calor) con potencias involucradas de hasta 10 MVA. pueden tener diferentes diseños. Su definición involucra que se pueden utilizar tecnologías desarrolladas localmente y eso es muy importante, dado que localmente se pueden desarrollar y construir equipos tanto de generación y de almacenamiento. En el presente se tiene un sistema común de almacenamiento de energía que está conectado al bus de ac que alimenta dos bloques de mini-microgrid conectados a un convertidor ac-dc. Cada bloque cuenta con diferentes fuentes de generación eléctrica (viento en un una y solar en otra). El PCC significa el punto de común acoplamiento. Diferentes diseños de microgrids son desarrollados, simulados y/o probados en diferentes universidades, institutos y empresas alrededor del mundo.
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La presente entrada muestra una simulación que conlleva a calcular la duración media entre fallas. En un post anterior había mostrado durante un periodo de tiempo de 100 años como es que mediante aleatorios se determinaba que años había fallas y que años no. Después de cada falla, surge la necesidad de reparar el sistema, para ello las empresas eléctricas disponen de personal y equipo para minimizar el tiempo de inactividad de la red eléctrica, toda vez que ello representa dinero y malestar para el usuario. La gráfica muestra de manera aleatorio los tiempos de recuperación o de reconexión de la interrupción la cual esta simulado en Matlab de MathWork Inc. Pero he ahí no acaba todo, hay que realizar una sumatoria de todos los tiempos y luego dividirlos entre el número de interrupciones durante dicho período para determinar la duración media entre fallas, en que la unidad de medida es de horas/falla… Espero les guste.
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El sistema de distribución de energía eléctrica constituye el eslabón final en la cadena producción – transporte – consumo de electricidad. En esta zona funcional se atiende a la mayoría de los usuarios del sistema de potencia; sólo usuarios con cargas muy grandes están conectados directamente a los sistemas de transmisión y subtransmisión.
La importancia del sistema de distribución como parte vital del sistema de potencia generalmente ha sido subestimada. En la tabla se muestra la participación de esta zona funcional sobre las cifras del sistema de potencia. De las cifras presentadas se puede concluir que el sistema de distribución es la parte dominante del sistema de potencia y que en esta zona funcional existe un gran potencial para mejorar el sistema de potencia.
En el caso particular del autor de este blog, esto lo estudio mediante procesos de simulación por ahora hasta que haya un laboratorio o alguna alianza estratégica de cooperación o trabajo de asesoría.
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La confiabilidad de los sistemas de distribución de energía se valora mediante índices de confiabilidad de los puntos de carga de los usuarios en los circuitos primarios de distribución; estos puntos de carga generalmente corresponden a los secundarios de los transformadores de distribución. Quiere esto decir que por lo general no se incluye en esta valoración el efecto de la red secundaria de distribución ni de elementos de conexión de los usuarios como acometidas y contadores de energía.
Al obtener los índices de confiabilidad de los puntos de carga de los usuarios, estos se pueden acumular para obtener los índices del circuito primario. Los índices de confiabilidad de los circuitos primarios se pueden acumular para obtener los índices de confiabilidad de la subestación y los de las subestaciones se pueden acumular para obtener los índices de confiabilidad del sistema.
Generalmente, el modelo de predicción solo incluye los componentes del circuito primario de distribución, por lo cual, debe definirse si luego se incorporará el efecto sobre los índices de los puntos de carga de la confiabilidad de la subestación de distribución.
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Dentro de todas las posibilidad existe la situación en que una variable vaya decayendo con el tiempo, sea por ejemplo la presión o un voltaje. Los sensores ubicados van reportando información dándonos datos de sus mediciones, por lo general, cuando llegan a una computadora o tarjeta tienen que ser discretizados si es que quizás ya vienen discretizados. Con ello, y tras numerosos datos uno puede apreciar como va la tendencia de pendiente como se puede observar en la gráfica, en que una variable tras pasar varias medidas se observa claramente una tendencia de pendiente negativa, a pesar de que hay valores por encima de dicho promedio o por debajo también hay muchas, pero un cálculo rápido permite determinar y visualizarla mejor. El programa esta hecho en Matlab y simula una línea recta de pendiente negativa con valor inicial de 14.4 con ruido de valor medio cero y una desviación estándar. Sirve también para otros campos y a quien le interese, podemos hacer cooperación con el fin de tener, al menos, publicaciones ISI.
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Conversemos acerca de la producción de energía eléctrica en cantidad apreciable y como suele suceder en potencias del orden de los 2 MW como se tiene en la figura. Resulta que cambios en la cantidad de velocidad de viento, involucra una gran cantidad de energía generada, de cambios en la velocidad angular y del ángulo de ataque. Una forma de amortiguar dichos cambios es la inercia de las partes móviles de la turbina eólica (álabes, transmisión, caja de cambios y generadores). Aún así, se puede observar que pueden ser apreciables los cambios en la velocidad de rotación de manera rápida si se considera que la escala de tiempo está en segundos, y lo mismo para las otras variables, como puede ser el ángulo de ataque. Todo esto, debe ser automáticamente definido si consideran que la velocidad de viento tiene un comportamiento aleatorio. La producción de electricidad si bien es cierto puede variar unos cuantos decenas o centenas de kW pero trabajando varias turbinas pueden compensar esas leves variaciones. Y en ello, hay varias diferentes tecnologías usadas para extraer la mayor cantidad del viento.
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Los índices o parámetros de confiabilidad utilizados para redes eléctricas pretenden cuantificar la calidad del servicio que presenta la red en cualquier punto de consumo. En algunos casos tambén se definen índices globales apra el sistema como un todo. Entre los cuantificadores más populares se cuentan:
- Tasa de falla (λ): Representa la cantidad de veces que un consumidor se ve privado del suministro de electricidad, por unidad de tiempo. Generalmente se considera como unidad de tiempo el período de 1 año, ya que la disponibilidad de electricidad normalmente es alta. EL inverso de la tasa de falla se conoce como tiempo promedio entre fallas.
- Tiempo de reparación (r): Representa la cantidad de energía que la empresa de distribución pierde en vender. Este índice tiene gran relevancia para estas empresas, dado que puede utilizarse como parámetro de decisión al evaluar alternativas de mejoramiento de la calidad del servicio.
- Carga promedio desconectada (L): Es la cuantificación de la cantidad de consumidores afectados por los cortes de suministro.
- Tiempo anual de desconexión esperado (U): Es la indisponibilidad total de servicio durante un año, medido en horas. Se obtiene como la multiplicación de la tasa de falla por su duración promedio.
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La confiabilidad del servicio de energía eléctrica, medida a través de índices de desempeño, tiene dos orientaciones diferentes: el registro de eventos pasados y la predicción de confiabilidad. Las empresas de servicio eléctrico normalmente llevan un registro estadístico de los eventos pasados, con los cuales pueden evaluar el desempeño de sus sistemas y algunos indicadores económicos, especialmente la energía no suministrada. La predicción de índices de confiabilidad pretende determinar el comportamiento que tendrá la red, basado en el desempeño pasado, y ayudar en la toma de decisiones sobre modificaciones de elementos componentes de la red y/o topología
Como concepto general, puede plantearse que la confiabilidad es una función que expresa una probabilidad de sobrevivencia a través del tiempo. Para un componente aislado, corresponde a una exponencial decreciente, indicando que la probabilidad de estar operando es mayor en los instantes iniciales a su puesto en funcionamiento o “nacimiento” que después de pasado un largo tiempo. Evidentemente, en el tiempo infinito tal probabilidad será cero.
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Esta es la proyección que ha hecho la Dirección General de Hidrocarburos desde el año 2007 al año 2026 del consumo de gas natural en función al uso que se le va a dar: uso vehicular, uso residencial comercial, uso industrial, uso para generación eléctrica.
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En el Perú, el SEIN son las siglas de Sistema Eléctrico Interconectado, la principal red de transmisión y subtransmisión de energía eléctrica del país. Para quienes les guste los datos estadísticos, he aquí la máxima demanda mensual desde el año 2003 al 2008.
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Los fallos más frecuentes en una alimentación pública suelen ser:
• Variaciones y huecos de tensión
• Micro cortes
• Picos de voltaje, transitorios
• Interrupciones de corriente
Las perturbaciones más importantes que provienen de las cargas son:
• Cargas no lineales
• Armónicos
• Corrientes pulsantes
• Picos de carga, cortocircuitos
La calidad de un suministro de energía eléctrica se debe caracterizar por la fiabilidad y la calidad del voltaje. Al parecer un fallo de alimentación, por ejemplo un cortocircuito próximo al usuario, con caídas de tensión del 50 % o más, se debe acudir a otra vía de alimentación, separar la instalación de la red y garantizar el suministro eléctrico a las cargas sensibles. Las variaciones de frecuencia y fase en la red son poco frecuentes y causan menor perjuicio a las cargas, que las desviaciones del voltaje. Muchos procesos admiten un amplio rango de la frecuencia de alimentación, y sin embargo, son altamente sensibles a huecos de tensión, distorsión armónica en voltaje y transitorios.
La campaña de medición (UNIPEDE-DISDIP) realizada en 9 países europeos, analizó las causas y número de fallos de la alimentación en Media Tensión, en 10.000 usuarios. El resultado se muestra en la figura del presente post.
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Tal y como se presenta en figura dada por el IPCC Fourth Assessment, es claro que para el sector electricidad, los negocios como proyección usual (BaU) están yendo hacia un frente crecimiento principalmente basado sobre combustibles fósiles. Pero con la aplicación a amplia escala de medidas de eficiencia energética tanto sobre el suministro como en el lado de la demanda combinado con incremento en la utilización de fuentes de energías renovables, hace que sea factible técnicamente el reducir emisiones en el 2030 por casi 50% comparado a la presente situación en lugar de un proyectado incremento BaU de más que 50% aunque a un costo mayor
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Sector Residencial
Sector Comercial
Sector Industrial
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
E-mail: jmirez@uni.edu.pe
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La implementación de las microgrid traen tres principales beneficios: beneficios medio ambientales, beneficios técnicos y beneficios económicos. La identificación de los beneficiso de una microgrid (en cada caso específico) es una tarea de coordinación multi-objetivos y multi-grupo.
En los beneficios técnicos se puede mencionar la reducción de la carga pico (sea por mejora en la eficiencia, traslado del consumo a horas fuera de punta), la regulación del voltaje (debido a la presencia de fuentes de energía más cercanas a las cargas), la reducción de pérdidas de energía (pues reducción de tramos de generación y despacho de energía, mejora de la eficiencia) y un incremento de la fiabilidad (debido a la presencia de mayor cantidad de generación y almacenamiento, mejoras en el control, etc).
Los beneficios medio ambientales van principalmente por la reducción de los efectos de gas invernadero, ya que la idea es utilizar principalmente parte de las energías renovables a través de máquinas cada vez de mejor diseño.
Los beneficios económicos tiene que ver con la interacción con el mercado eléctrico bajo la modalidad de oferta y demanda. Esta forma de distribución de electricidad es una necesidad a corto y mediano plazo lo cual hace cada vez más rentable su implementación.
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The technical benefits is the improved in design, efficiencies and fiability in each machine, component and element in renewable energy convertors. In the near future, the energetic markect in the world take this tecnologies necessarily. I think that enviromental benefits not arrived late and a enviromental colapse have to suffer the humanity.
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Optimización, en su sentido más amplio, puede ser aplicado para resolver cualquier problema de ingeniería. Algunas típicas aplicaciones desde diferentes disciplinas de ingeniería son indicados en ésta entrada:
- Diseño de aeronaves y estructuras aeroespaciales con mínimo peso.
- Encontrar la trayectoria optima de los vehículos espaciales.
- Diseño de estructuras de ingeniería civil tales como puentes, torres, chimeneas, cimientos y presas (entre otros) al mínimo costo.
- Diseño de mínimo peso de estructuras para terremotos, viento y otros tipos de cargas aleatorias.
- Diseño de sistemas de fuentes de agua para máximo beneficio.
- Óptimo diseño plástico de estructuras.
- Diseño óptimo de acoplamientos, levas, engranajes, máquinas herramientas y otros tipos de componentes mecánicos.
- Selección de las condiciones de maquinado en procesos de corte de metal para minimizar costes de producción.
- Diseño de equipos para transporte de material como camiones, trenes (entre otros) a mínimo costo.
- Diseño de bombas, turbinas y equipos de transferencia de calor para máxima eficiencia.
- Óptimo diseño de maquinaria eléctrica tales como motores, generadores y transformadores.
- Óptimo diseño de redes eléctricas.
- Ruta más corta para un tours de visita turística de varias ciudades.
- Óptima producción, planeamiento, control y programación.
- Analisis de datos estadísticos y modelos empíricos de construcción desde resultados experimentales para obtener la mas cuidadosa representación de los fenómenos físicos.
- Óptimo diseño de equipos para procesos químicos y plantas.
- Diseño de óptimas redes de bombeo para procesos industriales.
- Selección de un lugar para una industria.
- Planeamiento del mantenimiento de equipamiento para reducir costos de operación.
- Control de inventario.
- Distribución de recursos o servicios entre varias actividades para maximizar el beneficio.
- Control óptimo de los tiempos de espera y de salida en las líneas de producción para reducir los costos.
- Planamiento de la mejor estrategia para obtener el máximo beneficio en la presencia de un competidor.
- Óptimo diseño de sistemas de control.
- Óptimas decisiones en el funcionamiento de redes eléctricas enmarcadas en lo que es Generación Distribuida (Smartgrid, Microgrid) lo que involucra además la mejor performance de los diferentes equipos y tecnologías involucradas que interactúan con variables medioambientales (como viento, radiación solar) y parámetros de funcionamiento estocásticas. Siendo la toma de decisiones en en el mas corto tiempo considerando que se desea tener un control total incluido en los procesos transitorios electromagnético que duran pocos milisegundos y menos tiempo.
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El panorama de la energía mundial está en un completo cambio debido a pocos actores clave y estos son:
- El medio ambiente.
- El mercado.
- La tecnología.
En el tema ambiental se procura que se den resultados del fuerte impulso que se tiene hacia sistemas de energía descarbonizados y una expansión cada vez mayor de las fuentes de energía renovables. De hecho eso tiene que ver con enfrentar intereses económicos y vencer paradigmas dado que al parecer no importa la salud del planeta si hay dinero de por medio. Bueno hay algo en contra, que la integración de las fuentes de energía renovable es un tema crítico, debido especialmente a lo impredecible y su naturaleza altamente variable. Numerosas técnicas se vienen estudiando ahora y algunas ya están lo bastante bien desarrolladas y medida del paso del tiempo, mejores técnicas se irán desarrollando.
Un mercado eléctrico con sistemas de energía eléctrica que cada vez se van a ir desmembrando por el hecho de entrar en cada parte generadores de fuentes renovables (concepto fundamental de la generación distribuida), pero en esto juego, hay aquí tambien muchos actores que tienen cada quien sus propios intereses y objetivos. No sólo ellos, también habrá y hay ya nuevos actores como son los de la industria de los vehículos eléctricos y las cuestiones de autonomía y eficiencia fijadas por autoridades locales y regionales (ya que ahora no se tendrá grandes centrales que abastecer a todo un país). Con el incremento de la población y mejora de su calidad de vida, la red eléctrica seguirá en una expansión horizontal no sólo en Europa sino en todo el mundo con más y más puntos de intercambio de energía, por lo tanto, se tiene a la vista un cambio en el paradigma de la gestión de centralizado a cada vez más decentralizado. Esto son las cosas del mercado.
Pues no quedado otra cosa que mejorar la tecnología, pues ahora perder o hacer mala gestión de la energía cuesta cada vez mas considerando que algunas cosas no la tenemos asegurada en reservas. Osea, que habrá un sistema eléctirco con más y más tecnología debido a las evoluciones en los campos de la computación y las telecomunicaciones, entre ellas: smart meters, sensores, controladores, dispositivos de comunicación, etc. Una gran cantidad de datos, cada vez mayor estará disponible para con ello lograr nuevas potenciales formas de gestión optimizada y por lo tanto, afianzar el concepto de smart grid con capacidades de computación no vistas hasta ahora y con niveles de perfomarce mucho mejores a lo visto hasta entrado este milenio.
Queda pues a los diversos actores de la sociedad, poner de su parte para que este mundo a pesar del crecmiento poblacional y su influencia en el medio ambiente, cuidar y preservar de la mejor manera la flora y fauna de la cual también somos parte. Y también a quienes buscan soluciones o las financian a mejorar sus aportes.
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Datos Generales
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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