Archive for the ‘Smart Grid’ Category
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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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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Los Estados Unidos de América realiza en estos años grandes inversiones en el sector energía para autoabastecerse y fortalecer la seguridad energética, aprovechando los recursos naturales (sol, viento) para minimizar su huella de carbono. En este esfuerzo, la implementación de microgrid (ver otras entradas del blog) en todo el país ha hecho que se desarrollo en gran mercado altamente competitivo. Más aún si son la implementación en los grandes sectores institucionales, comunales y comerciales/industriales. Esto no quiere decir que los pequeños porcentajes en aplicaciones militares y off-grid sean de menospreciar, la inmensidad del país y los altos consumos energéticos hacen que un punto en el porcentaje es mucho dinero y potencia involucradas. Estos análisis se verían mejor si pasara de la parte académica a la parte empresarial, pero hasta el momento ninguna empresa me puede absorber ni tampoco el formar empresa. Bienvenido sean todas las propuestas cualquiera sea el país.
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Los conductores brindan el medio físico para el transporte de energía eléctrica. A veces sucede que se separan como puede ser durante la apertura de un interruptor o también por rotura. La figura representa en línea de tiempo (eje horizontal) el comportamiento de la corriente (color verde) y el voltaje (color azul) durante ese proceso de separación. La corriente no desaparece instantáneamente como se puede pensar, movido por la inercia eléctrica y por el campo eléctrico aún presenta paso de portadores de carga de un conductor a otro que se están separando. Así mismo, el potencial eléctrico que inicialmente está inmerso en el conductor como campo eléctrico durante el proceso de separación se va manifestando en un potencial eléctrico neto existente entre dos conductores separados. Quizás sea ese transitorio de corriente el que se pueda detectar y usarse para monitoreo y control.
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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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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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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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Link:
The rapid increase in the integration of distributed resources such as distributed generation (DG), demand response (DR) and electricity storage (ES) requires management schemes to integratedistributed resources into low and medium electricity networks. Energy management represents a challenge for operation of electric grids when distributed resources are merged into the network. This paper address the energy management of distributes resources considering a complete characterization of them. The feasibility of those resources is considered into a microgrid model, so, thedistributed resources are integrated through of a microgrid. This paper proposes the integration ofdistributed resources using a microgrid concept because there are relevant advantages of this model. The operational advantages are evident from the results. The results show how effectively differentenergy resources can be managed into the grid in the most efficient way.
Published in:
Circuits and Systems (CWCAS), 2014 IEEE 5th Colombian Workshop on
Date of Conference:
16-17 Oct. 2014
- Page(s):
- 1 – 5
- Print ISBN:
- 978-1-4799-6838-1
- Conference Location :
- Bogota, Colombia
- DOI:
- 10.1109/CWCAS.2014.6994607
- Publisher:
- IEEE
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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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Este es un post importanet en que se muestra en el enlace entre los diferentes formas de transporte y conversión de energía en el futuro sistema de energía sostenible. El sol es la fuente de energía primaria. La electricidad y varias formas de formas de celdas de combustible sintéticamente preparados son predominantes como portadores de energía y una variedad de tecnologías de conversión van a ser requeridas. Se muestra aparte de la energía primaria… las formas de tecnologías relacionadas a la conversion, almacenamiento y transmisión; así como también al uso final de la energía. Toda este flujo nos permite visualizar la tendencia tecnológica, lo que para fines de investigación orienta que temas son más prioritarios que otros.
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A lo largo del blog se ha colocado varias entradas en que hay proyecciones de la generación de la electricidad, la figura muestra una más. No sólo eso, sino también la proyección de recurso primario para generación de energía eléctrica en general, también ha sido considerado en otros posts. Un notable incremento de la generación hidro, biomasa, viento y solar es lo más llamativo. Resulta curioso que siendo el recurso agua uno de los más afectados con el cambio climático, se incremente su capacidad de generación, por lo tanto, resulta que lo proyectado debe ser en base a centrales hidro ubicadas en grandes ríos o cauces, por lo consiguiente, implica un gran efecto con el medio ambiente con muchas inundaciones y con impacto en el medio ambiente. También se realiza análisis estadístico de lo que se va realizando como proyección a futuro, los resultados depende de la data colectada.
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Hello estimados lectores. Esta microgrid si que está muy bonita 🙂 … No hay nada que hacer que quienes lo han diseñado y lo vienen estudiando, lo han hecho con el mejor gusto de ingeniería. Contiene muchos elementos que en un futuro próximo son potencialmente usados masivamente. Los sistemas de electrónica de potencia se hacen cada vez mas interesantes. surge la idea de que si es necesario que todo tenga que ser «electrónica de potencia», supongo que durante las investigaciones y desarrollo del equipamiento cosas nuevas se podrán determinar de tal manera que esto también sea un sistema que sea robusto ante fuertes pulsos electromagnéticos, ciber-seguridad, entre otros. No podemos ser «modernos» con tan sólo el criterio de que lo «electrónico» es lo moderno, hay que rescatar aquellas técnicas y elementos robustos del pasado que pueden brindar una muy alta fiabilidad. El bus de DC implica muchas aplicaciones tanto en el sector rural, industrial, comercial, residencial y hasta en cuestiones de emergencia, militar y en el sector aero-espacial (este último muy interesante para mí según mi experiencia en Mars Desert Research Station Crew 140 – Crew 141 [April – May 2014]).
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Atrás han quedado los cálculos en que se fijan valores conocidos o recolectados como datos estadísticos. Ahora se realiza también los análisis con datos estocásticos, debido a la forma en que algunas fuentes de energía renovable funcionan debido a la variable medioambiental de la irradiación solar o de la velocidad del viento. Para ejemplo de esto, Laboratorios Sandia tiene una configuración de experimentación como se muestra en la figura. Es un gran avance y trabajo de investigación, dado que en la parte experimental se refleja todos aquellos efectos que un modelo matemático no puede contemplar, pero eso no significa, que lo experimental sea lo único que vale (como suele pensarse en Perú), sino que, junto con un adecuado modelamiento matemático, los datos experimentales sirven de mucho para que con un adecuado análisis permitan conocer aquellas causas que permiten esa variación entre lo ideal y el resultado experimental. Tratar con variables estocásticas, sirve de mucho en el comportamiento de las redes eléctricas del futuro (smart grid, microgrid, generación distribuida).
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Para un día típico solar a veces idelizamos una curva perfecta durante el día con cielo despejado. Sin embargo, los días no son perfectos, pueden haber nubles o humedad en la atmósfera que hacen que no llegue toda la energía solar hasta las celdas fotovoltaicas. Una data de una planta solar durante un mes se presenta en la figura. La captura de dicha data es importante para analizar el desempeño del sistema. En todo caso, se puede simular situación similar con números aleatorios en función a la experiencia del programador. Os dejo con esta gráfica. Presto a sus correos, me pueden escribir a jorgemirez2002@gmail.com
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Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
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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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Creo que es una de las figuras que mejor representa la tendencia hacia lo que deben ser las microredes de energía, hecho por Pika Energy y que la comparto en un 100 %. Puedo tener diferentes formas de generación de electricidad, las cuales las puedo convertir en modo dc las que sean necesarias y por lo tanto, con el modo de transmisión en DC me permite muchas ventajas que la forma AC resultaría difícil e incluso costosa y con mucha requerimiento de equipo especializado tanto en máquinas como en personas. Pero si la forma de interconexión hacia los usuarios es un punto a debatir, considero que hasta la casa debe ir una alimentación en DC, interiormente debe tener su inversor. En cuanto a la conección con la red eléctrica externa, esta debe ser con un inversor de alta potencia necesaria para inyectar todo el sobrante a la red. En todo ello, numerosas simulaciones con análisis imaginarios y de campo son necesarios para ello.
NOTA: Dado que en mi país no tengo las instalaciones necesarias para hacer experimentación, sólo simulaciones en mi computadora personal, hago un llamado a profesionales, investigadores, estudiantes y universidades para poder trabajar en conjunto esta temática y así yo pueda concluir mi tesis doctoral con dos publicaciones internacionales incluido. Gracias a quien escriba a jorgemirez2002@gmail.com
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Estimados lectores, creo haber puesto esta información en algún post anterior (sería bueno que lo busquen). Sin embargo, quería acá la secuencia del análisis de los datos de viento durante un año. Los datos pueden ser generados aleatoriamente o ser recolectados. En lo que son recolectados son tomados cada cierto tiempo y por lo tanto, entre esos espacios (entre cada dato) se puede también aleatoreamente colocar valores de velocidad de viento para comprender mejor la dinámica de las turbinas simuladas. Por mientras, en todo un año se puede generar una data recolectada, un análisis de estadísticas y una curva que represente aproximadamente todo ello. Por lo demás, esto puede ser trabajado en software, en mi caso con Matlab de MathWorks Inc. … los códigos están a la venta (favor escribir al email). Saludos a todos mis lectores (My greetings for all readers in all countries)
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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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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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