Archive for the ‘Seguridad Energética’ Category
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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Diferentes organizaciones internacionalmente reconocidas han presentado varios pronósticos para el futuro consumo. El pronóstico de la IEA es llamada escenario de referencia que el consumo de la energía primaria crecerá en más que 60 % en el período 2002 – 2030 (ver figura). Los combustibles fósiles se espera que participen en un 85 % de este incremento.
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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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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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En las microredes la forma de asegurarse su buen funcionamiento es el monitoreo continuo de los diferentes parámetros: voltaje, frecuencia (si es alterna), potencia activa, potencia reactiva (si es en alterna), corriente, temperatura, velocidad de viento, irradiación solar, densidad de electrolito en baterías (u otra técnica que infiera la cantidad de energía que tiene almacenada), etc… pero todo esto a una gran velocidad de captura de datos. Ya no es pensar que es lo que pasa cada hora, ni cada 10 minutos… es determinar lo que sucede en cada fracción de segundo, y la tecnología va por ahí, a tratar de medir en períodos mucho más cortos de tiempo de tal manera que se pueda detectar los transitorios rápidos y ultrarápidos si es posible y los diferentes elementos de la microred pueda actuar adecuadamente. Implica mucha información y hacia ello van las tecnologías de software, hardware y el modelamiento y simulación.
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Un amplio rango de tecnologías pueden ser usadas en un sistema de energía híbrido. A pesar de que pueden haber un gran número de componentes, los fabricantes vienen estudiando incrementar la confiabilidad de los mismos. Dispositivos incluyen dispositivos que consumen energía (cargas), convertidores de energía, sistemas de control y dispositivos de gestión de carga. Algunos de los varios posibles dispositivos y arreglos entre ellos que pueden ser encontrados en un Sistema de Energía Híbrido son ilustrados en la figura. Todos estos dispositivos de manera individual y trabajando como sistema pueden ser modelados y simulados, para ello es necesario tener los modelos matemáticos adecuados y escribirlo en software de alto nivel… en mi caso uso Matlab/Simulink de MathWork Inc.
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J777: Diálogo entre productores y consumidores para el suministro de energía bajo precios cambiantes
Nuestros sistemas eléctricos en América Latina son regularizados, es decir, hay una institución privada o del Estado o público/privada, que regula los precios cada cierto tiempo. En Perú es cada 6 meses aproximadamente. No tenemos generación distribución en media ni en baja tensión, es decir, paneles solares o aerogeneradores o cualquier otra fuente de energía renovable que produce electricidad o calor dentro de la propiedad del usuario final del sistema eléctrico (cliente). Con ello este cliente se convierte en productor y puede vende la energía sobrante a la red. Aún no existe la normativa, por estas épocas (Mayo 2015) se busca hacer un marco normativo, aunque yo busqué participar en el Ministerio de Energía y Minas de Perú, exigen perfiles profesionales no posibles para el autor-administrador de este blog. Bueno, los clientes dado que han hecho su inversión tienen un producto a un precio de venta, y ese precio, lo tienen que comunicar a la empresa para tranzar el negocio. Por lo tanto, usando los medios informáticos, los equipos electrónicos de control/medición se comunican entre sí intercambiando información para decisión, registro, control, optimización y predicción en el funcionamiento de la red eléctrica… A las instituciones públicas o empresas que deseen trabajar sobre la temática incluyen soluciones de autoabastecimiento de energía, me comunican….
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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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El Concepto de CERTS (Consorcio para Soluciones de Tecnología de Fiabilidad Eléctrica) ha sido implementada bajo una configuración de hardware de concepto a prueba en la Universidad de Wisconsin-Madinson en los Estados Unidos de América. La microred cuenta con dos fuentes, cinco conjuntos de cargas trifásicas y un interruptor estático que permite la conexión a la grid. La figura muestra la disposición de los componentes. Notar que hay 100 yardas de cable entre las fuentes para mejor captura de la caída de voltaje que normalmente existe en los alimentadores. Esto me está permitiendo mejorar mi apreciación de las microredes y mejorar los modelos computacionales que realizo bajo Matlab/Simulink, esta experiencia me sirve también para extenderme en aplicaciones a otros campos de la ciencia e ingeniería.
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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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Les muestro en la figura como es la tendencia de precios a lo largo de estos unos pocos mas de 25 años de desarrollo de tecnologías encaminadas a la producción de celdas fotovoltaicas cada vez más baratas y asequibles. Si la tendencia sigue de esta manera se prevé una masificación en el uso de esta fuente de energía a escala doméstica e industrial. El freno es el recurso natural, hay que tener suficiente área para poder recolectar una buena cantidad de energía que nos permita una potencia de uso directa a los artefactos; sin embargo, las fuentes de almacenamiento hacen su trabajo… hay mejoras en ellas, nuevos materiales para baterías y también almacenamiento alternativo se ven cada vez más promisorios. Por mi parte, me gusta trabajar sobre modelos matemáticos y simularlos en Matlab/Simulink de esta manera colocando los escenarios adecuados, podemos ver la influencia de tal o cual dispositivio o material en el funcionamiento de la microgrid o smartgrid…
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Las turbinas eólicas tienen muchos fabricantes y se producen cada vez en mayor cantidad, para ser esa parte constituyente de la producción de electricidad que se prevee en unos años y que servirá para la seguridad energética y la reducción del cambio climático. En ese desarrollo, algunas tendencias o formas de construcción ya se han venido acuñando y la tabla representa esos criterios de diseño, de instalación y de selección para turbinas eólicas o parques eólicos que se tiene como criterio común en este rubro.
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Desde aprox 1990 las turbinas eólicas han ido creciendo en tamaño y potencia. Con ello podían alcanzar zonas en que había una mayor velocidad de viento y con ello se mejoraba la productividad, con ello el tamaño de los generadores instalados en cada turbina. Esto más aún, ha sido un poco más mejorado, por mejoras en la aerodinámica en los álabes, materiales más adecuados en álabes y transmisión, más mejores sistemas de control y predicción. La figura muestra la producción anual por unidad de área, el cual se ha incrementado un aprox. 50% cuando el diámetro del rotor se ha incrementado desde 20 a 80 metros. Esta figura ha sido construida usando actuales datos de performance desde especificaciones de fabricantes y teniendo como velocidad de viento de referencia unos 7 m/s a 30 metros de altura.
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En muchos casos de las diferentes temáticas tratadas en las energías renovables, los factores medioambientales tienen comportamiento aleatorio; también, la forma con que se consume la energía y los valores de tensión, corriente y energía que circulan a través de las redes eléctricas o microgrid o sistema eléctricos en general. Sin embargo, el gran reto de ingeniería, es que a pesar de que haya (y que siempre habrá) factores de comportamiento aleatorio, la respuesta del sistema o su comportamiento esté siempre dentro de lo ya establecido en la mesa de trabajo del ingeniero. La gráfica muestra el comportamiento de una señal senoidal dibujado como curva paramétrica a la que se ha añadido una perturbación aleatoria, a pesar de que no tenga la forma deseada (una curva cerrada), nos muestra que el comportamiento cumple un movimiento casi circular con ligera variación de su trayectoria ideal. Este aleatorio añadido sirve para que en casos específicos de estudio se determine el posible valor del aleatorio en base a los datos recolectados de campo o de laboratorio. Gráfica hecha en Matlab de MathWorks Inc.
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
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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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Esta es una gráfica de tendencia de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera hasta el año 2030. Para llegar a este tipo de gráficas, se recrea los escenarios en base a los antecedentes y la perspectiva de uso de las variables que ingresan en dicho estudio y corren una simulación, con ello no basta, es necesario realizar varias simulaciones de lo mismo y quizás con algunos ajustes para tener todo un gráfico de tendencias en que se refleja el verdadero ánimo del consumismo mundial que ahora que estamos a mitad de camino de dicho período, tenemos serios problemas ambientales, que será cuando lleguemos al 2030… si llegamos ?… ó será que hasta esa época se han creado soluciones tecnológicas para minimizar el cambio climático y el efecto de la emisión de CO2 a la atmósfera. Por mi parte, nosotros que somos fans de las energías renovables, debemos hacer un esfuerzo por crear aquellas tecnologías que logren capturar el CO2 disuelto en la atmósfera y darle un mejor uso. Quizás para ello en un inicio será necesario hacer procesos de simulación, me avisan si puedo servirles, dado que en el desarrollo de tecnologías y realizar simulaciones vengo participando, además quien sabe que la tecnología pueda ser tan avanzada que roce con la ingeniería aeroespacial y dé la seguridad energética a las naciones así como un adecuado uso de los recursos ambientales, minimizando el daño.
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He aquí una imagen de lo que es un sistema eléctrico inteligente. Es una combinación entre tecnologías de la información y la red eléctrica existente, agregándole elementos de reciente desarrollo como son las fuentes de energías renovables. Las técnicas de información han sido utilizadas desde hace años para monitorear el funcionamiento de la red eléctrica, sin embargo, el actual uso que se le desea dar es mucho más amplio: se desea recopilar información entre cada vez más cortos espacios de tiempo, con alta precisión, rapidez de procesamiento y almacenamiento, de tal manera que se puede determinar y decidir una condición de funcionamiento la más óptima posible y minimizar la presencia de fallas o perturbaciones. En ello estoy avocado como tema de investigación y estoy presto a trabajar en coordinación con investigadores y grupos de IDI. Principalmente mi trabajo se basa en recrear escenarios computacionales y analizar las simulaciones.
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En el presente entrada es el trabajo en conjunto que venimos haciendo sobre simulación mediante monte carlo de indicadores de fiabilidad en un sistema eléctrico. Han sido necesarios varias reuniones y aún seguimos trabajando. En el eje horizontal es el número de elementos del sistema eléctrico, ahí cada quien presenta un número de fallas, un probabilidad de falla, un tiempo medio de respuesta luego de un tiempo de simulación de varios años. Permite pues estas simulaciones que a base de datos reales, imaginar un visión de la performance del sistema eléctrico a futuro. Hecho en Matlab de MathWorks.
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La visión en conjunto de un microgrid con control centralizado se puede apreciar en la figura, la cual es resultado de los últimos desarrollos y experiencias implementadas.
El control master interactúa con el mercado, la red eléctrica externa, con otras microgrids y con la base de datos; ejerce un control y optimización de los diferentes elementos a los que está conectado mediante una plataforma de integración. En todo ello las comunicaciones mediante IP y el uso de estándares de interconexión y de comunicaciones es ya habitual.
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En la figura se ilustra el flujo de la información, el cual es un sistema de gestión de energía que convierte a comandos de salida para la generación óptima, cantidades de exportación/importación y control de carga. Decisiones son basadas primariamente sobre el pronóstico de generación y carga y los precios de electricidad y combustible. Estas decisiones son generadas en el estudio sobre la base de una hora hacia adelante.
El sistema de gestión de energía mostrado está restringido al control sólo de la potencia activa. Estabilidad de voltaje, calidad de energía y regulación de la frecuencia supuestamente son controlados automáticamente a nivel del generador. La sincronización de la microgrid con la red eléctrica externa no ha sido considerada. El sistema incluye funciones, tales como una económica programación, pronóstico para cargas eléctricas y para generadores dependientes del clima, gestión del lado de la demanda para desplazamiento de la carga y de la limitación de la carga.
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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.
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