30 enero 2011

Proyectos de generación híbrida reformando plantas diesel aisladas de la red (5ª PARTE)


Ver 4ª PARTE

En este segundo artículo dedicado a la viabilidad de reacondicionar plantas diesel aisladas de la red nos basamos en un estudio realizado sobre la prefactibilidad de penetración con energía eólica en una planta diesel situadas en una ciudad del noreste de Arabia Saudí.

Las plantas diesel aisladas

En áreas aisladas de las redes de distribución es realmente imposible suministrar a las cargas utilizando las redesd de distribución en largas distancias o los medios de generación convencionales. El problema se encuentra en los altos costes de las líneas de transmisión en lugares con bajas densidades de población y las pérdidas de transmisión más altas.

El rápido avance en las tecnologías eólicas han propiciado la competitividad en costes de las plantas eólicas conectadas a la red. Es por ello interesante estudiar la viabilidad de la energía eólica como apoyo a plantas diesel aisladas para formar sistemas híbridos en lugares remotos. Este tipo de plantas se han establecido en países como Reino Unido, España, Alemania, Dinamarca, Filipinas, India, Bangladesh, Pakistán, Sri Lnka, Marruecos, Egipto, Libia, Jordania, Noruega, Brasil, Australia, Nueva Zelanda, NEpal, Malasia, Tailandia, USA y otros más.

La competitividad de los sistemas híbridos

Un gran número de estudios dirigidos a determinar la optimización de los sistemas híbridos para pequeñas cargas eléctricas (rangos que van de pocos vatios a algunos kw) están descritos en la literatura. Todos estos estudios demuestrn que los sistemas híbridos pueden competir con las redes de distribución en áreas remotas.

En el ejemplo estudiado (ver aquí) en la bibliografía, la solución híbrid diesel - eólica resultó viable para una velocidad de viento de 6.0 m/s o más y un precio de combustible por encima de 0.1 $/L.

Se evaluó un generador diesel Cummins Power Generation, con potencia nominal 1,120 kw y una potencia permitida mínima de 400 kw. El consumo sin carga es de 87,46 l/h y 342.99 l/h a plena carga. El factor de potencia fue de 0.8 y el voltaje de 480 voltios.

La escasez de capacidad anual máxima no tiene ningún efecto en el coste de energía en grandes de máquinas eólicas y generadores diesel. Se recomienda que los datos de viento de una localidad se colecten a tres alturas diferentes usando un mástil de 40 m y durante un mínimo de un año completo y luego el sistema híbrido debe re-diseñarse.

La arquitectura del sistema es la indicada en la siguiente figura:


Variaciones eléctricas en las cargas

Los datos de carga eléctrica del ejemplo se muestran en la figura. La carga pico anual resultó ser de 4,321 kw.


Variación de carga horaria en un pueblo
La siguiente figura describe la variación mensual de la carga en el pueblo. Como vemos existe una amplia variación de cargas a lo largo del año.


Resultados del análisis

Los resultados de este estudio mostraron que para velocidades de viento de 4.95 m/s y el precio del combustible por encima de 0.1 $/L la solución híbrida era con estas cifras más factible económicamente con un mínimo coste presente neto NPC ($ 11,008.22) y un coste mínimo de la energía (COE) de 0.044 $/kWh. Esto se debe simplemente al bajo coste de la energía en Arabia Saudí. La respuesta más factible de las ensayadas fue con solución COE de 0.044 $/kWh pero a una velocidad de 7 m/s con 5 máquinas eólicas y tres generadores. En este caso se alcanzó una penetración eólica del 51 % con un COE de 0.041 $/kWh y NPC de $ 10158.18.

La planta diesel consumía 5796.73 de combustible anualmente mientras que con una penetración eólica del 25 % el consumo bajo un 20.83 %


Bibliografía:
  • Rehman et al. 2005. Feasibility study of hybrid retrofits to an isolated off-grid diesel power plant. Renewable and Sustainable Energy Reviews 11 (2007) 635–653
  • Bagul AD, Salameh ZM, Borowy B. Sizing of a stand-alone hybrid wind-photovoltaic system using a three event probability density approximation. Solar Energy 1996;56(4):323–35.
  • Markvart T. Sizing of hybrid photovoltaic–wind energy systems. Solar Energy 1996;57(4):277–81.
  • Beyer HG, Langer C. A method for the identification of configurations of PV/Wind hybrid systems for the reliable supply of small loads. Solar Energy 1996;57(4):277–81.
  • Protogeropoulos C, Marshall RH, Brinkworth BJ. Techno-economic optimization of autonomous wind/photovoltaic renewable energy systems with battery storage. Proc 12th Eur Commun Photovolt solar energy Conf 1994;721–4.
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