2. ¿Qué es la eólica de media potencia?

Transcripción

Eólica de Media Potencia en
Generación Distribuida y
Sistemas Híbridos o Aislados
Integración en red: Soluciones para altas
penetraciones eólicas en sistemas insulares
Las Palmas, 9 Noviembre 2010
ÍNDICE
1. Eólica de Media Potencia
2. Aplicaciones en Generación Distribuida
3. Sistemas Híbridos
4. Sistemas Autónomos
5. Conclusiones
1
1.Eólica
Potencia
1. Eólicade
de Media
Media Potencia
5. Conclusiones
2
1. El Grupo Norvento Enerxía
•
NORVENTO es un grupo energético con más de un cuarto de siglo de experiencia en el
aprovechamiento de las energías renovables, lo que le ha permitido posicionarse como
líder energético en Galicia, su comunidad autónoma de origen.
•
Opera y gestiona 500 MW renovables:
Minihidráulica
Eólica
Biomasa
Solar
•
Incluye entre sus actividades:
Estudio de recurso
Tramitación
Elaboración y ejecución de los
proyectos de ingeniería civil y
eléctrica
Operación y mantenimiento de
sus instalaciones
•
Este conocimiento integral del negocio y su solidez financiera permiten a NORVENTO
afrontar con garantías de éxito un ambicioso plan de expansión nacional e internacional,
por el cual desarrollará unos 1500MW a corto y medio plazo.
•
Asimismo, posibilitan la apuesta de NORVENTO por nuevas oportunidades en el campo
de las energías renovables, a través de Norvento Energía Distribuida.
3
2. ¿Qué es la eólica de media potencia?
•
•
Se trata del uso de aerogeneradores de hasta 300kW de potencia unitaria, en
instalaciones orientadas al autoconsumo
Cubre el hueco entre las pequeñas instalaciones domésticas (microgeneración) y
las grandes plantas de generación (parques eólicos)
PLANTAS DE GENERACIÓN:
Gran eólica
APLICACIONES INDUSTRIALES:
Minieólica/Eólica de Media Potencia
APLICACIONES DOMÉSTICAS:
Micro/minieólica
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2. Aplicaciones en
Generación Distribuida
Distribuida
2.Aplicaciones
Generación
5. Conclusiones
5
3. Aplicaciones comerciales e industriales de la
Media Potencia conectada a Red
• El fundamento de estas aplicaciones es generar in situ y mediante energías renovables
parte de la energía eléctrica que necesita el consumidor industrial o comercial.
• Por tanto, estas aplicaciones cuentan con las siguientes ventajas:
– Para el propietario de la instalación:
Reduce su factura eléctrica, aumentando su
competitividad.
Mejora su imagen como empresa u organización.
– Para el sistema eléctrico:
Se reducen las pérdidas de transporte y
distribución.
Aumenta la penetración de las energías
renovables sin necesidad de nuevas
infraestructuras eléctricas.
Mejora la calidad del suministro en la red de
distribución (con las prestaciones de los
aerogeneradores de última generación)
– Para la sociedad en general:
Se reducen las emisiones y el impacto
medioambiental de las infraestructuras eléctricas
Se desarrolla un tejido productivo que genera
empleo y riqueza a nivel local (energía distribuida
= riqueza distribuida)
6
3. Aplicaciones comerciales e industriales de la
Media Potencia conectada a Red
http://www.northernpower.com
•
•
•
•
•
•
http://www.windenergyservices.n
et/projects/the_time_factory.html
Polígonos industriales o empresas con consumos elevados.
Empresas agropecuarias (especialmente con riegos).
Complejos turísticos y de ocio.
Edificios e instalaciones del sector público situadas en
lugares expuestos al viento.
Urbanizaciones en zonas abiertas.
Electrolineras, para recarga de vehículos eléctricos.
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ALTA EFICIENCIA
Control activo:
Orientación
Paso de pala (pitch)
Velocidad de giro
SEGURIDAD
GARANTIZADA
Know-how y herramientas
INTEGRACIÓN
EN RED
http://www.windpower.org
4. Requisitos del producto
avanzadas de cálculo y
simulación
Certificación según
estándares internacionales
Calidad de energía
Convertidor de potencia:
Control de reactiva
Control de tensión
Huecos de tensión.
8
4. Requisitos del producto
VIENTOS BAJOS
atlaseolico.idae.bmp
Proporcionalmente,
rotores mayores y
torres más altas
Reducidos medios de
INSTALACIÓN
DISPERSA
transporte e instalación
Sistemas sencillos, de
http://www.entegritywind.com
máxima fiabilidad y
mínimo mantenimiento
Servicio Técnico
SIN PERSONAL DE
O&M IN SITU
“a domicilio”
9
5. Aerogenerador NED100
3. BASES DEL DISEÑO
Parámetros básicos:
Potencia nominal: 100 kW
Diámetro del rótor: 22 m
Altura del buje: 37 m
Para vientos bajos y moderados:
Optimizado para clase IV
5.5m/s ≈ 20 km/h ⇒ 2200 HAE
Diseño con cargas de clase III
7.5m/s ≈ 27 km/h ⇒ ráfagas
52.5m/s ≈ 190 km/h
Concepto
Control activo de la velocidad de giro, el paso de pala y la orientación.
Convertidor de potencia (“full converter”), permitiendo cumplir los códigos de red
más exigentes y mejorar los parámetros eléctricos de la red de distribución (control de
reactiva, etc.).
Accionamiento directo, sin multiplicador, incrementando al máximo la fiabilidad de
la máquina para instalaciones distribuidas.
Máxima simplicidad de operación: una revisión anual por parte del equipo de
mantenimiento, sin intervención del propietario en la operación de la máquina.
10
6. Necesidades Eólica de Media Potencia
conectada a red
Trámites Administrativos
o Es necesario establecer un procedimiento simplificado para la
tramitación de estas instalaciones.
o Creación de un grupo específico (separado de “gran eólica”) en
legislación y asignaciones de potencia en pre-registro.
Marco Retributivo
o Es la energía renovable más competitiva en aplicaciones
industriales de energía distribuida.
o El coste de generación está cerca del precio de la energía final que
paga el consumidor industrial (cerca de paridad de red).
o Se necesitan mecanismos de retribución adaptados a la potencia
(tarifa regulada) o a la aplicación (net-metering).
Requisitos técnicos
o Seguridad y calidad: deben establecerse requisitos de certificación que
eviten la instalación de máquinas que no hayan demostrado cumplir con la
normativa vigente.
o Conexión a red: es necesario establecer requisitos de conexión y
controlabilidad que permitan integrar esta fuente de energía con
seguridad para el sistema eléctrico.
11
3.Sistemas
Híbridos
5. Conclusiones
12
7. Sistemas Híbridos. Aplicación
•
Aplicaciones de los Sistemas Híbridos
–
Poblaciones o instalaciones que por situación geográfica o grado de desarrollo del entorno
tienen dificultades de acceso de forma continua, estable y suficiente a una red eléctrica.
–
Conexión con red es inabordable,
Coste económico.
Problemas medioambientales, sociales, etc.
Sistemas Convencionales
• Generación eléctrica con grupos
diesel o pequeñas centrales.
• Localizaciones remotas, difícil
acceso, etc.
- Alto coste del combustible.
- Riesgo de vertidos.
Sistemas Híbridos Renovables
• Reducen la dependencia del
combustible y fuentes externas.
Aprovechamiento recursos locales.
• Mejoran rentabilidad de sistema
(menor coste generación).
• Ventajas medioambientales.
13
7. Sistemas Híbridos. Wind-Diesel
•
•
¿Cuando un sistema es “Híbrido”?
–
Potencia renovable instalada del mismo orden que la
convencional, penetración importante.
–
El sistema tiene que participar en la regulación y control
del sistema eléctrico resultante.
La conexión de instalaciones
de pequeño tamaño puede
considerarse generación
distribuida
Sistemas eólico-diesel (Wind-diesel)
–
–
–
–
–
Generación eólica en paralelo con los grupos diesel para
reducir el consumo de combustible.
Servicios de control de Tensión y frecuencia de la red
realizados por grupos diesel y sus controles estándar.
Siempre queda al menos un grupo conectado.
Respuesta ante variaciones en red (V y f) la
realizan los grupos (Q y P).
Control sistema híbrido, ajusta la producción eólica y/o
las cargas del sistema, para maximizar el ahorro en
función de las condiciones de viento y consumos
sistema.
Los aerogeneradores se ven en el sistema
como cargas negativas.
Se prima sencillez y seguridad de suministro frente a
penetración eólica (suministro de una población por
ejemplo).
Optimización. Posibilidad de incluir sistemas de
almacenamiento,
Alta capacidad. Aumentar el desplazamiento de
generación convencional (HP, EZ+FC, CAESS).
Baja capacidad. Optimizar la operación de los
diesel (FESS, BESS).
• Grupos diesel son sistemas
muy robustos y sus controles
sencillos, responsabilidad
control.
• Aerogeneradores,
producción energía.
• Permiten desplazamientos
del 40% energía consumida
(sin sistemas de
almacenamiento)
14
7. Sistemas Híbridos. Funcionamiento I
•
Control Sistema Híbrido
–
–
OBJETIVOS
Maximizar la generación eólica en función de las
condiciones de viento y demanda del sistema.
Mantener seguridad suministro.
Es necesario adaptar potencia entregada por el sistema a los
consumos existentes.
Control potencia en Aerogeneradores (Pitch
Variable).
–
Utilización de cargas regulables.
Resistencias. En ambientes fríos calentamiento de agua.
Sistemas de almacenamiento (HP, CAES, EZ+FC).
Grupos Diesel. Mínima generación limitada por problemas
técnicos (problemas si medio plazo Pav < 30%)
Control gestiona apagado y encendido de los grupos.
Optimización del diseño,
Combinación grupos diesel diferentes potencias.
Grupos preparados para funcionamiento a bajas cargas
(10%).
Modificación diesel. Operación como motor.
–
Gestión Reactiva.
Producción-Consumo Q por aerogeneradores
Diesel, pequeñas variaciones para control V.
–
Gestión de los sistemas de almacenamiento
Optimización generación, reducir arranque/parada.
Mantenimiento de reserva (spinning) que cubra la caída del
aerogenerador con mayor producción (Diesel o BESS-FESS).
–
Fundamental poder limitar
potencia o aumentar carga
en caso de exceso de
generación
Permite optimizar el sistema
y reducir consumo de diesel
Optimiza punto
funcionamiento generador
síncrono (cos φ ≈ 1)
Seguridad de suministro
15
7. Sistemas Híbridos. Funcionamiento II
a) Viento Bajo. El sistema
diesel genera la mayor parte
de la demanda.
b) Viento Creciente. La
generación eólica aumenta y
baja el diesel. Apagado de
grupos.
c) Conexión brusca de carga.
La respuesta se realiza por
los grupos diesel, pero la
carga se asume por los
aerogeneradores a corto
plazo.
Viento
Eólica
d) Variación viento. La
potencia generada entre
diesel y eólica se ajusta para
coincidir con la carga
Limitación
Potencia
Diesel
Diesel
Pmin
Carga
en
Sistema
Posibilidad de
optimizar arranques
diesel
e) Desconexión brusca de
carga. La respuesta se realiza
por los grupos diesel, pero la
carga se asume por los
aerogeneradores a corto
plazo.
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7. Sistemas Híbridos. Ejemplos
http://www.verveenergy.com.au
Proyecto: Denham
Año: 1998/1999/2007
Sistema Diesel: 2x280kW + 2x580kW +
2x250kW LLD ®
Sistema Eólico: (3+1)x230kW
ENERCON E-30/33
Otros: Flywheel
Lugar: Denham
WA (Australia)
Promotor: Verve Energy
Proyecto: Cascade
Año: -Sistema Diesel: -- kW
Sistema Eólico: 2x100kW
NORTHERN POWER 100
Lugar: Village of Cascade
Wisconsin (USA)
Promotor: Village of Cascade
Proyecto: Kasigluck
Año: 2006
Sistema Diesel: -- kW
NORTHERN POWER 100
Lugar: Kasigluck-Old Kasigluck-Nunapitchuck
Alaska (USA)
Promotor: Alaska Village Electric Cooperative
SISTEMAS
FASE
COMERCIA
L
Proyecto: San Cristóbal
Año: 2007
Sistema Diesel: 3x650kW
MADE AE-59
Lugar: Isla San Cristóbal
Galápagos (Ecuador)
Promotor: EOLICSA
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4.Sistemas
Autónomos
5. Conclusiones
18
•
Sistemas Autónomos
–
Un paso más en la integración de eólica en sistemas aislados es la posibilidad de funcionar con el
grupo diesel completamente apagado (diesel-off mode o Stand-alone system).
–
Existen dos posibles escenarios,
Sistema Autónomo en paralelo con diesel.
Grupo diesel apagado cuando hay recurso eólico suficiente para cubrir la demanda del
sistema.
Grupos diesel funcionan en paralelo con los aerogeneradores cuando no hay recurso eólico
suficiente para cubrir la demanda.
Sistema Completamente Autónomo.
–
Generación casi 100% eólica (al menos durante periodos significativos).
Dimensionamiento de sistema eólico para cubrir demanda y almacenamiento.
Inclusión y dimensionamiento de sistemas de almacenamiento de alta capacidad
(hidrógeno, bombeo . . . aire comprimido) para cubrir demanda en ausencia de viento.
Se aumenta la penetración en el sistema pero,
Mayor coste y por tanto inversión
¿Rentabilidad?
Mayor complejidad técnica.
Personal O&M mejor formado.
SISTEMAS EN FASE DEMOSTRACIÓN
Photo Vattenfall
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•
Control Sistema Autónomo
–
–
OBJETIVO
Coordinación sistemas para optimizar el recurso
renovable.
Seguridad de suministro
Control de frecuencia.
Sistema especifico con almacenamiento baja
capacidad (FESS, BESS).
Control de frecuencia y estabilización de la red.
Cubren tanto las variaciones de potencia por fluctuaciones de
viento como de cargas.
Dimensionamiento actuación durante segundos.
–
Respuesta lenta para control de frecuencia. Problemas en
tren de potencia y elementos mecánicos.
Opciones con almacenamiento en DC-link.
Lazo de control potencia específico.
Convertidor aerogenerador tiene capacidad suficiente
Se incluye un sistema de baterías + inversor como back-up y
emergencia.
–
Aerogeneradores. Energía almacenada en rotor
Control de Tensión
–
Normalmente se utiliza un
sistema Flywheel para
control frecuencia y
estabilización de red
Dimensionamiento actuación durante minutos
Gestión de los diferentes sistemas para optimización del
funcionamiento.
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8. Sistemas Autónomos. Funcionamiento
a) Viento Bajo. La carga del
sistema se cubre entre los
aerogeneradores y el sistema
de almacenamiento.
b) Viento Creciente. La
generación eólica aumenta y
se comienza a almacenar en
lugar de generar con sistemas
de almacenamiento.
c) Conexión brusca de carga.
La variación en la carga hace
que se invierta menos
energía en almacenamiento y
se utilice directamente en las
cargas.
Viento
Eólica
Storage
System
d) Variación viento. La
potencia generada entre el
sistema de almacenamiento y
eólica se ajusta para coincidir
con la carga
Generación
Almacenamiento
Carga
en
Sistema
Generación Diesel
e) Aumento carga. Un nuevo
aumento mantenido provoca
el agotamiento de la energía
almacenada y la necesidad de
generación diesel.
21
5. Conclusiones
5.Conclusiones
22
9. Conclusiones
Renovables en Generación Distribuida
Reduce las pérdidas y las inversiones
en sistema eléctrico
Mejoras en la estabilidad y calidad de
la red
Aprovecha los recursos energéticos
locales. Reduce dependencia externa
Permite aumentar la competitividad
de las industrias
Renovables en Sistemas Aislados
Reduce coste generación kWh. Menor
dependencia combustibles fósiles
(alto precio)
Posibilita desarrollo comunidades en
localizaciones remotas
Sistemas Híbridos Wind-Diesel
Sistemas Autónomos eólicos
Eólica de Media Potencia
ADECUADA
REALIDAD
–
Gran número de proyectos funcionando
en todo el mundo
–
Experiencia, información, etc.
–
–
Wind-diesel. Sistemas probados
y relativamente maduros
Autónomos. Buenas perspectivas
–
Medios transporte y montaje
reducidos (locales)
Capacidad Técnica
Explotación comercial
Logística e instalación
Última tecnología en control,
calidad energía y estabilidad red
Mantenimiento y fiabilidad
Diseño orientado a sistemas sin
mantenimiento dedicado.
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2. ¿Qué es la eólica de media potencia?

Transcripción

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