Archive for the ‘Sistema Eléctrico System Electric’ Category

Conferencia “Energías Renovables, Generación Distribuida y Microredes”. Jueves 20 de Agosto 2015 – 6:30 pm. Lugar: FIEE-UNI, Lima – Perú. Expositor: Jorge Mírez

conferencia_energias renovables generacion distribuida microgrid agosto 2015

 

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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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evolución perdidas de energia PERU

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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composición_mercado_electrico_peruano

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

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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concesiones_temporales_eólicas_Perú

concesiones_temporales_solares_Perú

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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Línea_de_transmisión_Chilca_Marcona_Montalvo_1

Línea_de_transmisión_Chilca_Marcona_Montalvo_2

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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central_solar_tacna_1

 

 

central_solar_tacna_2

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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central_eólica_marcona_1

central_eólica_marcona_2

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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Demanda histórica anual de energía Ecuador 1999 - 2012

En la figura se indica que desde el año 1999 al año 2012 la demanda de energía eléctrica en Ecuador se ha incrementado gradualmente, se puede ver que en 1999 la demanda ha sido de 9,652 GWh y en el 2012 ha sido de 18,605.91 GWh, es decir que en este período se ha dado un incremento de 8,953.91 GWh, en 13 años la demanda eléctrica, prácticamente se ha duplicado, generando un problema en cuanto a la generación eléctrica, porque necesariamente se debía incrementar la misma, las medidas inmediatas fueron generar un cambio de matriz energética e ir cambiando paulatinamente el uso de generación mediante combustibles fósiles, a generación con energías renovables, especialmente aprovechando la generación hidroeléctrica.


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Vision of the future electricity distribution loaded with independent dc distribution architectures

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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condenser_bank_simulation

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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Global primary energy use 1850-1995

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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green residential micro grid on-line monitoring

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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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The DC microgrid based on modular PV generation system

Un bus de DC acoplado mediante un conversor bidireccional DC/AC a la AC red externa de electricidad es el núcleo de la arquitectura eléctrica de la microred mostrada en la figura. El sistema de generación fotovoltaica modular es el elemento clave en esta microgrid DC, el cual consiste en tres convertidores DC/DC con un diseño modular y de la misma capacidad. Estos convertidores modulares transfieren la potencia generada por la planta PV hacia el bus DC. La batería cuenta con un convertidor bidireccional DC/DC el cual es usado para balancear la diferencia de potencia entre la potencia PV suministrada y la consumida por las cargas locales en modo aislado. Lo mostrado en la figura es considerado como un caso típico de microred (microgrid DC) con sistemas de energía renovables.


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Dialogue between energy producers and consumers can match demand to supply by adjusting prices

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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A time-horizon perspective of power system studies

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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electricity_supply_system

Un sistema de potencia contiene todos los equipos necesarios para suministrar a los consumidores con energía eléctrica. Este equipamiento incluye generadores, transformadores, líneas de transmisión, líneas de subtransmisión, cables e interruptores. Como se muestra en la figura el sistema está dividió principalmente en tres partes. La primera parte es el sistema de generación en el cual la electricidad es producida en plantas de potencia propias de una empresa de electricidad o un suministrador independiente. La potencia generada es al nivel de voltaje de generación. El voltaje es incrementado usando transformadores de potencia para transmitir la potencia a través de largas distancias bajo las mejores condiciones económicas

La segunda parte es el sistema de transmisión que es responsable para el despacho de la potencia hacia los centros de carga a través de cables o líneas de transmisión. La potencia transmitida es en extra alto voltaje (EHV) o alto voltaje (HV) .

La tercera parte es el sistema de distribución donde el voltaje es reducido por las subestación al nivel de media tensión (MV). Luego la potencia es transmitida a través de líneas de distribución (o cables) a las subestaciones locales (transformadores de distribución) en los cuales el voltaje es reducido al nivel de consumidor y las líneas de potencia de la red local o de la compañía de distribución llevan la electricidad hacia los establecimientos comerciales o residencias


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primary secondary terciary control autonomous electricity network

Las redes de electricidad autónomas (AEN = Autonomous Electricity Network) llevan consigo tres tipos de control, según propuesta leída en la literatura científica. Un control primario que hace básicamente lo que la técnica de control droop lo permite y lo que busca es asegurar la fiabilidad de la potencia suministrada por la unidad de control de la fuente de Energia Distribuida (DER). El control secundario asegura que la desviación del voltaje promedio y la frecuencia es regulado hacia cero desde de cada cambio en la carga o en el suministro. El control terciario permite la operación en un óptimo económico, procurando conseguir que, en cuanto a límites de potencia sea permitido, todas las unidades DER intercambien potencia a igual costo marginal. En contraste con control primario que opera sin comunicaciones, tanto el control secundario y terciario son implementados usando comunicaciones entre las unidades DER.

En algunas entradas anteriores he presentado modelos en Matlab/Simulink que muestras resultados del control secundario y terciario.


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annual_yields_from_turbine_rotors

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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