Archive for the ‘Power Plant’ Category
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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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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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La figura representa como ha ido evolucionando las pérdidas desde el año 1995 al 2013 en cuanto a las pérdidas en la distribución de energía eléctrica, y ha ido disminuyendo a pesar de que el consumo ha ido incrementándose, esto es parte de sistemas mejor diseñados, normativa más exigente, mejor criterio de previsión de crecimiento. En cuanto a la transmisión esta se ha ido incrementando, quizás motivo de que la transmisión se ha ido realizando con la misma red de líneas de transmisión. Sin embargo, el ya ingreso de líneas de transmisión de 500 kV hará disminuir estas pérdidas y eso a medida que los organismos oficiales den a saber sus datos de campo, en este blog lo estaremos dando a saber para conocimiento de nuestros lectores. En cuanto a nuestros servicios, hacemos trabajos de evaluación de pérdidas y eficiencia energética en sistema eléctricos y térmicos, y proponemos mejoras a las instituciones y empresas; también hacemos investigación en cuanto al uso de energía en algún sistema en particular…
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El mercado peruano de electricidad consta de diferentes actores, la figura muestra una representación esquemática y descripción de los mismos. Hay agente normativos, fiscalizadores y que aseguran la operación del sistema eléctrico al mínimo coste. También los hay quien promueve las inversiones en el mercado eléctrico, ahora más que todo impulsado hacia las energías renovables, líneas de transmisión y nuevas centrales hidroeléctricas. El Ministerio de Energías y Minas que dicta parte de la normativa, pero que en cuanto a generación distribuida y energías renovables no hay gran avance… en esta parte, he querido participar para hacer propuestas de nuevas normas según convocatorias, pero los requisitos son tan exigentes que ahí sólo pueden entrar empresas ni peruanas sino extranjeras que tengan experiencia en otros mercados eléctricos… ojalá que no entre una empresa que hasta capturas fotones del Sol es delito, en el futuro por respirar también tendremos que pagar impuestos, hum !!! … Con gusto trabajar normativas en cualquier país al que desee que participe, precios cómodos…
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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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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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Como producto del programa del Estado Peruano de implementación de energías renovables, las empresas privadas han hecho realidad dos centrales solares fotovoltaicas en la Región Arequipa, ubicada al norte de Tacna en donde existe una central solar fotovoltaica. Bueno, en si Arequipa se ha caracterizado de usar tecnología solar térmica para producción de agua caliente en domicilios, hoteles y centros de producción. El recurso solar es abundante en la zona sur del Perú y es algo que se debe aprovechar, además, la central solar produce en DC y son los inversores los que definen la calidad de la energía eléctrica que es inyectada a la red nacional. Además, hay que considerar que la producción desde renovables tiene prioridad en el despacho e inyección hacia el sistema nacional de electricidad operado por COES. Es mi deseo que las universidades locales estén involucradas en el diseño, transferencia de tecnología y operación de dichas centrales lo que conllevaría a una formación de capital humano no existente en el Perú y el que el Ministerio de Energía y Minas ni el Gobierno se les ocurrió que como parte de dichas construcciones se haga algo de transferencia de tecnología, se construya algunas cosas acá o se diseñen en las universidades… hemos sido simplemente unos malos compradores…
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Perú en los últimos años está cambiando el nivel de tensión de su red de transmisión matriz a nivel nacional desde 220 kV a 500 kV. La primera línea implementada es la descrita en este post y en cuyas figuras pueden encontrar las principales características para la sapienza de los amantes de la ingeniería eléctrica. En internet pueden encontrar fotos a nivel de piso de como son los armados de los postes. Luego existe un plan de implementación de muchos más kilómetros de líneas de alta tensión en 500 kV y es algo que es necesario para Perú dado que su crecimiento económico impulsado y sostenido principalmente por la pequeña empresa la cual conlleva a un beneficio de más población que las grandes explotaciones mineras que sólo conllevan beneficio a algunos y una cuestionada gestión del Gobierno en no poder invertir en obras o acciones que refuercen el crecimiento y se cree valor agregado en alta tecnología o productos manufacturados. La ingeniería en líneas de transmisión es muy interesante y conlleva a una ingeniería de por sí fascinante… algunas tesis he asesorado o hemos trabajado al respecto.
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Una de las primeras plantas productoras de energía solar a partir de una central solar fotovoltaica con una potencia nominal de 20 MWp. Ubicado en el sur del Perú, en la región Tacna que es fronteriza a Chile, en sí, es zona de ubicación de la parte desértica que comparten Perú y Chile en donde la irradiación solar es una de las más altas de todo el mundo. Las figuras observan los datos característicos de dicha planta obtenida de la web oficial de OSINERGMIN. El diagrama esquemático de la planta solar fotovoltaica es interesante a considerar como cuestión de diseño y también para el análisis de su funcionamiento. Hay alguna empresa que desee que trabaje con sus datos de producción como planta solar o parque eólico ?… Modelos matemáticos de paneles solares monocristalinos y policristalinos pueden ser desarrollados, así como, métodos de optimización de producción de energía eléctrica y seguimiento del punto de máxima potencia. Un poco más al norte de Tacna hay más plantas de producción solar fotovoltaica de energia eléctrica que describiré en siguientes post’s.
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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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La Central Eólica Tres Hermanas se encuentra ahora (2015) en construcción en un lugar privilegiado del Perú como es la Región Ica, ubicada al sur de Lima – Ciudad Capital, en donde los vientos son fuertes y constantes. Dicha característica está originada por que al interior de la región hay un suelo arenoso y seco por lo tanto esto se calienta muy rápido en las horas de la mañana y luego el aire asciende hacia la coordillera por lo que esto tiene que ser reemplazado por aire fresco proveniente del mar peruano que por lo general es de agua frías (excepto en el Fenómeno del Niño en que se incrementa su temperatura unos °C). El Perú tiene potencial para abastecerse de energías renovables al 100 % e incluso exportarlas, sin embargo, reglas de juego ya pactadas hace años principalmente en lo que es generación hacen que el impulso hacia tener más renovables esté frenado. Conozco el lugar de las Tres Hermanas, muy cercano a la actual y en operación Central Eólica Marcona y uno puede ver la carretera con la arena que desprendida del suelo se desliza mágicamente ante la vista formando torbellinos y formas que desafían la matemática estocástica. Ha sido difícil contactar con empresas de este tipo que construyen, por lo general, sus portales web dan emails que nunca responden, pero a las empresas que se dedican a esto con gusto estamos para brindarles asesoramiento, consultorías y nuestros servicios profesionales.
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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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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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Entre las técnicas de almacenamiento de energía está la de almacenar agua en partes altas para luego en horas de máxima demanda puedan ser usadas para generar electricidad reduciendo la facturación. Otro también puede ser el optimzar el uso de los generadores, las que en horas de baja producción tienen que reducir a capacidad baja que no lo hace rentable, entonces una forma es encender electrobombas para transportar parte de esa energía en forma de energía potencial usando embalses de agua. La figura muestra un diagrama esquemático de un sistema tal. La boya en el reservorio B indica que una vez lleno el reservorio B, la boya de cierra y pasa el agua a llenar el reservorio A. Lo inverso sucede cuando se enciende la turbina, lo primero que se usa es el agua del reservorio A y luego lo del B. La cantidad de agua bombeada desde reservorio C es igual a la suma en el cambio del volumen del reservorio B y A. Hecho en Matlab/Simulink de MathWork Inc. La imagen de la derecha muestra los volúmenes de los reservorios a lo largo de un día. Se inicia con el reservorio C lleno. Los datos son demostrativos (no son reales, evitamos esto por ser parte de un trabajo de investigación, sólo deseo mostrar la idea y viabilidad)
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Este esquema que se muestra en la figura es una alternativa configuración para CHP o celdas de combustible (CHP – generación de calor y energía eléctrica). El sistema CHP opera en paralelo con la red eléctrica para proveer electricidad y energía térmica de bajo costo. El sistema (generador, controles, etc) necesidad ser especialmente diseñados para operación durante salidas de la red para proteger a las cargas prioritarias.
Como se puede ver en la figura, lo diferencia con el post anterior, es que la electrónica se sitúa sobre un conjunto de cargas priorizadas las que son alimentadas en caso de cualquier pertubación (salida del suministro), en cambio, las cargas no priorizadas se quedan sin electricidad.
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Un típico sistema de generación distribuida (DG) secundario con soporte de calidad de potencia se muestra en la figura. Usa almacenamiento de energía para proteger de cortes de corta duración. También provee protección a las cargas de fluctuaciones de voltaje momentaneas y de corta duración por sistemas de control sofisticados. El almacenamiento de energía on-site es usado para que en caso de que falle la red estos puedan suministrar energía mientras el generador arranque. Sofisticados interruptores estáticos y controles previenen a las cargas detectando cualquier cambio que se pueda producir en la red eléctrica externa, fuente de generación distribuida secundaria y la que se encuentre en standbye.
Este esquema de configuración es normalmente usado para cargas sensibles a la calidad de la potencia usando UPS con baterías y generadores en standbye. La redundancia del sistema es necesario para aplicaciones altamente sensibles. También en algunos casos lo usan para cubrir parte de las cargas picos que se presentan durante el día.
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Un generador en standbye resguarda las cargas de largos períodos sin servicio de electricidad como se muestra en la figura.El generador esta conectado a las cargas a través de un interruptor de transferencia automático (automatic transfer switch – ATS). El controlador lógico automáticamente sensa cualquier corte de la red y cambia con la carga conectada a través del ATS hacia el generador a quien ordena arrancar.
Un típico generador diesel demora 10 segundos para suministrar potencia a las cargas. Las cargas son priorizadas para mantener la continuidad del suministro hacia las cargas prioritarias sin que se sobrecargue el generador. Sin embargo, este esquema no es efectivo para los usuarios sensibles hacia calidad de potencia en cortos períodos. Existe ahora la tendencia hacia generadores de combustible alternativo amigables con el medio ambiente con sofisticada electrónica que puede ser ampliamente usado en este esquema.
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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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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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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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