30 diciembre 2010

Proyectos de generación híbrida reformando plantas diesel aisladas de la red (4ª PARTE)





(ver 3ª PARTE)


Describimos en este artículo la factibilidad de la realización de proyectos de reacondicionamiento de plantas diesel que trabajan aisladas de las redes de distribución eléctricas convencionales. Estas plantas son muy comunes en economías emergentes en las que las redes eléctricas convencionales no alcanzan más que a una parte relativamente pequeña del territorio.

El consumo eléctrico de estas plantas es muy elevado (en torno a US $ 0.65 kwh), pero lo peor no eso. Lo peor es que estas plantas están muy sobredimensionadas tanto para prever ampliaciones futuras como para absorber los picos de arranque de los motores convencionales.


Importancia de los picos de arranque

Al arrancar los motores suele producirse un pico de corriente que si bien a veces es 1.5 veces la corriente nominal en otros motores (p.ej. en motores de inducción baratos) la corriente de arranque puede ser 8 veces mayor que la corriente nominal del motor.

En el siguiente enlace podemos hacernos una idea aproximada de lo que suponen los picos de arranque en diferentes tipos de equipos (ver aquí).
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Descripción de las plantas diesel aisladas de la red

Si utilizamos los datos del estudio citado en la bibliografía podríamos centrarnos en plantas que van de 15 kwh/día. Son plantas comunes en muchos países y debido al incremento continuo en los precios del diesel es una prioridad reducir el consumo de estas plantas.

No es fácil conseguirlo porque cada planta tiene perfiles de consumo muy diferentes y por ello no es factible usar un sistema único. Las tendencias actuales apuntan que el camino correcto es el uso de sistemas híbridos.

Una de las estrategias que se están implantando son las transformaciones a sistemas híbridos de estas plantas diésel existenes. Con el término híbrido nos referimos a una combinación de generadores eólicos, módulos fotovoltaicos, baterías plomo-ácido y un convertidor de potencia AC/DC (ya sea un inversor electrónico o un convertidor rotatorio), además de los generadores diesel existentes.

Perfil de uso diario

El mayor condicionante del uso de las plantas eléctricas es el número de horas que están encendidas a lo largo del día. Según el número de horas de funcionamiento diario calcularemos el número de kWh/día que podemos obtener de la planta. En los casos en los que las plantas trabajan a potencias inferiores al 40 % de su capacidad nominal, suele utilizarse una dump load, para prevenir operar con cargas bajas, pues se incrementan los costes de mantenimiento.

Optimización del sistema

A partir del perfil diario de consumo de la planta valoramos los distintos recursos que podemos utilizar: eólica, solar, baterías y convertidores. Este tipo de sistema híbrido es una tecnología relativamente nueva que permite apagar completamente las plantas diesel.

El sistema híbrido puede optimizarse incorporando controles del sistema híbrido sofisticados, que permitan arranque y parada automáticos, sincronización, y compartir las cargas en un sistema híbrido.

Diseños híbridos diesel eólica

La configuración de hardware considerada en este estudio incluyen turbinas eólicas, baterías, y un convertidor de energía rotatoria, además  de los elementos del generador diesel existentes. Un componente dump load se usa para estabilicar las turbinas eólicas AC. El componente del convertidor rotatorio, con capacidades disponibles más altas, se reemplaza por un inversor electrónico, con una eficiencia de conversión más alta, en los sistemas más pequeños. Los convertidores rotatorios son también menos caros por voltio-amperio de capacidad en el rango de tamaño de los sistemas más grandes. En todos los casos, las turbinas eólicas se conectan al bus AC, y se permite que todos los sistemas diesel se apaguen cuando la potencia de otras fuentes es adecuada para satisfacer la carga. Cuando los equipos diesel se apagan, los requerimientos de energía reactiva (voltio-amperios o VARs) de las turbinas eólicas y la carga de la ciudad se consiguen mediante un dispositivo de conversión de potencia (convertidor rotativo o inversor). La inclusión de paneles fotovoltaicos y baterías son opciones en el procedimiento de optimización.

En general el diseño de estos sistemas híbridos no es demasiado complejo, aunque en muchs ocasiones se requiere añadir controles al generador diesel más sofisticados, que permitan arrancar y parar, sincronizar, y compartir la carga en el sistema híbrido.

Viabilidad económica del sistema

Los datos sobre viabilidad económica de estos proyectos proceden de un estudio publicado en 1999 por National Renewable Energy Laboratory (descargar aquí) realizado con 24 plantas diesel en Filipinas. Al respecto indicar que en aquellos años el precio del petróleo oscilaba en torno a los 30 dólares barril y actualmente supera los 90. Además, la tecnología sobre sistemas híbridos se ha abaratado notablemente por lo que los costes de acondicionamiento eran mayores en aquel momento. No obstante, dado lo objetivo de estos datos indicamos a continuación los que se obtuvieron en aquel estudio:

  • Se encontró que actuar sobre plantas diesel para reducir el consumo era rentable cuando los precios del combustible son de US $ 0.20 - 0.25 por litro. Actualmente los precios son 4 - 5 veces esas cifras.
  • Con energía eólica las velocidades deben ser superiores a 5.5 m/s.
Con estas cifras el ahorro en costes que se obtuvo era tan alto como US $0.12/kWh, y en combustibles se ahorraba el 65 %.

En este tipo de configuraciones lo más eficiente en costes es utilizar plantas eléctricas más pequeñas y aumentar el tamaño de las baterías.

Ver 5ª PARTE
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