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Luis ArribasCIEMAT
Actividades enSistemas Híbridos y Mini-redes en laAgenica Internacional de la Energía
Seminario ELECOLRURAL
Miniredes y sistemas híbridos con energíasrenovables en la electificación rural
Sao Paulo, 25 e 26 de maio de 2011
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Esquema de la Presentation
• Actividades de la unidad de EnergíaEólica del CIEMAT en sistemashíbridos y mini-redes
• Rápida revisión del programa desistemas fotovoltaicos de la AIE
• La Tarea 11: Sistemas Híbridos yMiniredes
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CIEMAT
Centro español de Investigaciones Energéticas,Medioambientales y Tecnológicas.
Lleva a cabo I + D + i en prácticamente todas lasfuentes energéticas: combustión de carbón, energíanuclear de fisión, energía solar, energía eólica ,biomasa y biocombustibles, arquitectura bioclimática,producción y utilización de hidrógeno (pilas decombustible), fusión termonuclear, etc.
Recursos humanos : 1.500 personas
Presupuesto (año 2010) : 91,7 M€
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Actividades de la Unidad de EnergíaEólilca en sistemas híbridos y mini-redes
• Los inicios– Gran tradición eólica
– 1997: Planta de Sistemas EólicosAislados (Híbridos) en el CEDER, Soria
• La actualidad– Especialización en el aerogenerador de
pequeña potencia: Plantas de Ensayode Pequeños Aerogeneradores (PEPAs)
– Mini-redes (smartgrids)
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Sistemas híbridos: proyecto CICLOPS
• Caracterización delsistemas CICLOPS1
– Inversor 10 kVA
– 5 kWp FV
– 7.5 kW eólico
– Grupo 20 kVA
– 580 Ah batería(C10)
• Diseño y ensayo delsistema CICLOPS2
– Bidireccional
– Tamaño = 2 xCICLOPS1
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Sistemas eólico-diesel
• Proyecto PuntaJandía, Fuerteventura
– 225/75 kW eólico
– 2 Grupo 75 kVA
– Volantes de inercia
– Consumo: pueblode pescadores
• Proyecto SDAWES– 2x240 kW eólico
– Sin grupo
– Volante de inercia
– Consumo:desalación de aguade mar 3
4
2
1
6
6
5
7
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Mini-red en el CEDER
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Otras actividades• Proyecto de sistemas híbridos en Chiloé, Chile.
• Participación en grupo de trabajo IEC
• Participación en Tarea 11 del PVPS de la AIE
• Elaboración de mapas eólicos, especialmente realizadospara uso de pequeños aerogeneradores
• Grupo de Tecnologías de Información Geografica eIntegración de Renovables
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Programa de Sistemas FV de la AIE(PVPS Program)
• La Agencia Internacional de la Energía (AIE)– Cooperación en política energética e I+D entre
24 países de la OCDE
• El acuerdo de implementación de SistemasFV (PVPS Implementing Agreement) de laAIE
– Proyectos de colaboración de I+D (Tareas) enaplicaciones de sistemas FV
– Participación a nivel national por los paísesmiembros del programa PVPS
– Las Actividades dentro de las Tareas se suelenllevar a cabo compartiendo la carga entre lospaíses participantes
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EficienciaCalidad / Fiabilidad
DesempeñoDiseño del sistema
Modelos de negocioValores
ImplementaciónPolítica
Dimensiones de la estrategia del PVPS
Asuntos políticos / de negocio
Asuntos de lasAplicaciones
AsuntosTécnicos Asuntos No-
técnicos
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• La Tarea 11considera aspectostanto técnicos comono-técnicos
– aunque con unmayor enfoqueen los asuntostécnicos
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Ámbito de actuación de la Tarea 11
Usuarios múltiples
Rango depotencia 0,1 kW 1 kW 10 kW 100 kW más
Tipo desistema
Sistemas solaresdomésticos (DC)
(ejemplos)Viviendas aisladas
(DC/AC)
Micro-redes rurales
Mini-redes
Tipo deusuarios
Usuarios individuales
Tipo detecnología
FV
Sistemas Híbridos
Grid connected systemsSistemas autónomos o conectados a red
Tarea 11
Grid connected systemsSistemas autónomos
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Pomelo, Indonesia24 kWp FV, 20 kWhr batería, 125 KVAgrupo electrógeno (Foto: Transenergie)
Micro-redes rurales• Proporcionan
electricidad AC aemplazamientosaislados
• Logran objetivosde desarrollohumano
• Principales retos:
– Viabilidadeconómica
– Sostenibilidada largo plazo
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Mini-redes Diesel (aisladas)• Se establecen en
redes basadas engrupos electrógenos
• Reducción en elconsumo decombustible y deemisiones
• Retos:– Barreras
Institucionales
– Estabilidad de reda altos niveles depenetración
King’s Canyon Australia – 225 kW PV,3 grupos diesel en operación continua, sinalmacenamiento, red de distribución de11 kV operada por la compañía eléctrica.Foto: Novolta Pty.
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Mini redes urbanas (conectadas)• Redes locales que
pueden operar deforma autónoma, oconectadas a la redcentral.
• Apoyan la integraciónde renovables yaumentan la calidad yla fiabilidad de la red
• Retos:– Viabilidad económica
– Estabilidad de red,transición entre modos
– Barreras institucionalesy regulatorias
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Distribución del trabajo: Subtareas
1. Herramientas y métodos de diseño
2. Control de sistemas híbridos
3. Penetración fotovoltaica en mini-redes
4. Aspectos de sostenibilidad
2006 2011
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Subtarea 1:Herramientas y métodos de diseño
1. Herramientas de diseño basadas enProgramas
• Se han evaluado distintas herramientas en funciónde la aplicabilidad, calidad y disponibilidad.
• Se han discutido las necesidades del usuario yfuturos planes de desarrollo con usuarios ydesarrolladores.
• Los resultados se presentan en un informe, Visiónmundial de las herramientas de diseño ysimulación para sistemas híbridos FV, disponible
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Subtarea 1:Herramientas y métodos de diseño
2. Prácticas y métodos de dimensionado• Incluso las mejores herramientas de diseño captan
solo algunos de los aspectos de los sistemashíbridos
– Todavía mucho depende de la habilidad yexperiencia del diseñador del sistema
• Se está preparando un informe sobre mejoresprácticas en el diseño de sistemas híbridos
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Subtarea 2:Control de sistemas híbridos
Se analizan los siguientes aspectosde control:
1. Control de alta velocidad para laestabilidad del sistema
2. Estrategias de control supervisor
3. Papel de la comunicación de datos
4. Papel del almacenamiento de energía
5. Aspectos de interconexión e “isla”
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2.1. Control de la estabilidad del sistema
• Las arquitecturas actuales de mini-redeshíbridas se han clasificado en función deltipo y del número de generadores que“forman” la red
• Se han identificado las estrategias de controlmás comúnmente utilizadas para cada tipode arquitectura
• Se han evaluado las capacidades y laposibilidad de aplicación de las estrategiasde control en aplicaciones concretas demini-redes
• Sistemas centralizados <> sistemasdescetralizados
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2.2. Control supervisor
• Se han definido las posiblesestrategias de control supervisor enmini-redes
• Posteriormente se han evaluadousando un modelo de simulación alque se han incorporado datos realesde sistemas existentes
• El comportamiento de cada una deellas será evaluado usando sencillosindicadores de comportamiento
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2.3. Comunicación y redes de datos
• Se han repasado los sistemas decomunicación empleados en aplicaciones enmini-redes para el control y la monitorización
• Se han evaluado los requisitos en función dela aplicación:
Control rápido => estabilidad eléctrica y calidadControl supervisor => óptimo energéticoAdquisición de datosEtc.
• Se ha reunido información sobre losestándares que están emergiendo pararedes de comunicación para sistemas degeneración distribuida (UESP, CAN, IEC)
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2.4. Sistemas de almacenamiento• Se han evaluado las tecnologías de
almacenamiento para mantener laestabilidad de la mini-red
• Se ha considerado:– Conveniencia técnica– Disponibilidad comercial / Coste– Aspectos de sostenibilidad (seguridad,
requisitos de instalación y operación, uso alfina de la vida útil)
• Todavía la batería de Plomo-ácido siguesiendo la opción más utilizada
• Otras opcionesCorto plazo: volantes de inercia,
supercondensadores, Li-ionLargo plazo: baterías de flujo, NaS, hidraúlico
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2.5. Interconexión e “isla”• Regulaciones de
interconexiónaplicables
• Arquitectura ycomportamiento delas mini-redesinterconectadasexistentes
• Estándares relativosa calidad de energíaen las mini-redesautónomasexistentes
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Subtarea 3:Penetración fotovoltaica en mini-redes
• Se analizan los sistemas de caracterizaciónde sistemas híbridos y mini-redes(indicadores)
• Posibilidad de utilizar estándares yaexistentes (IEC )
• Se ha desarrollado una metodología simplealternativa, basada en totalizadores deenergía, con el objetivo de proporcionar unaclara idea de la efectividad de lasrenovables a la hora de desplazar el uso delos combustibles fósiles en sistemashíbridos
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Subtarea 4:Aspectos de sostenibilidad
• En muchos casos, factores no-técnicos son críticos para el éxito alargo plazo de los sistemas híbridos.
• Se han evaluado las condiciones definanciación, sociales, ymedioambientales para la operaciónsostenible de mini-redes híbridas
• Se han utilizado datos de casos deestudio, la experiencia de campo delos participantes en la Tarea 11, asícomo publicaciones ya existentes
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• La Tarea 11 del Programa PVPS de la AIE esperaproporcionar información actualizada y útil a supúblico objetivo:
– Integradores de sistemas, compañías eléctricas,especialistas de desarrollo rural, y encargados deelaborar políticas energéticas
• Los informes estarán disponibles de forma gratuitaen la web del PVPS de la AIE (www.iea-pvps.org) yen la de la Tarea 11(www.iea-pvps-task11.org)
• Actividades relacionadas– Conferencia Sistemas Híbridos y Mini-redes
(http://www.otti.de/veranstaltung/id/6th-european-conference-pv-hybrid-and-mini-grid.html)
– Recomendaciones IEC para electrificación con sistemashíbridos
¡Gracias por su atención!
Para concluir …