18 abril 2011

Aplicaciones diesel - eólica en climas árticos (2ª PARTE)




Ver 1ª PARTE

Sistemas de alta penetración

Cuando aumenta la penetración de energías renovables, eventualmente puede crearse más energía de la que se necesita. Cuando el viento proporciona energía para una gran proporción de la carga, la capacidad de los motores diesel para controlar la frecuencia y el voltaje se reduce significativamente. Adicionalmente, a menos que haya una gran necesidad de energía adicional - térmica o eléctrica - tiene sentido financiero apagar los motores diesel. La ventaja operacional de estos sistemas es que pueden instalarse equipos adicionales que aseguren la estabilidad y calidad del sistema de energía cuando el motor diesel se apaga. En este caso, cualquier producción de energía instantánea por encima de la carga eléctrica requerida es suministrada a una gran variedad de cargas secundarias controlables. En estos sistemas se usan condensadores síncronos, bancos de carga, cargas, convertidores de energía, controles de sistema avanzados, y posiblemente almacenaje en forma de baterías o con almacenamiento dinámico de la energía (tecnología flywheel).

La reserva rodante se crea mediante el uso de almacenamiento a corto plazo o el mantenimiento de un sobresuministro consistente de energías renovables. Esta reserva se diseña para aguantar calmas de viento o permitir que el diesel comience a asumir la carga si el viento no es adecuado.

Los sistemas diesel eólicos de alta penetración se comercializan pero requieren un nivel elevado de integración de sistemas, complejidad tecnológica, y control avanzado. Se incrementa el coste del proyecto pero se reduce el consumo de combustible y la operación de motores diesel significativamente.

En los últimos años, dos tipos de almacenaje han demostrado su éxito en el mundo rural, las baterías y la tecnología flywheel. El almacenamiento en baterías es el método más usado. Los sistemas incorporan también baterías de níquel-cadmio y convertidores de potencia rotatorios. La tecnología de baterías puede usarse con energía eólica flucturante, tanto en sistemas pequeños como grandes.

La tecnología flywheel es un método cada vez más común para proporcionar almacenamiento de energía de corta duración. Una de las aplicaciones de esta tecnología es su capacidad para proporcionar altos picos de energía durante cortos periodos de tiempo. La tecnología flywheel no proporciona el almacenamiento de hasta varios minutos que se consigue con las baterías. Se usa para proporcionar almacenamiento de potencia a corto plazo. Otro de los aspectos clave de la tecnología flywheel es que puede proporcinoar niveles de potencia más bajos durante periodos de tiempo más largos, de hasta varios minutos, o golpes potentes de alta potencia durante periodos de tiempo cortos. En Australia se han desarrollado proyectos que pueden proporcionar hasta 1 MW durante 15 segundos o unos más razonables 150 kW durante 100 segundos. Estas unidades se han diseñado también de una forma modular y pueden ser apiladas para proporcionar unos tiempos de almacenamiento más altos. Aunque son todavía altas en costes, su pequeño tamaño y alta vida operacional las hace firmes candidatas para aplicaciones de almacenamiento futuras. Finalmente, el almacenamiento de hidrógeno también se ha incorporado a algunos sistemas diesel eéolico destinados a comunidades remotas (aunque este punto está todavía en fase de desarrollo).

En sistemas grandes, instalar almacenamiento para cubrir la escasez de producción de energías renovables puede no ser factible, principalmente debido al coste. Sin embargo, sin el uso de almacenamiento, es muy difícil controlar la estabilidad de una red de potencia con grandes cantidades de energía renovable. La premisa básica de estos sistemas es que la capacidad instalada de una tecnología renovable es mucho más grande que la carga. Cuando el dispositivo renovable está operando y produciendo más energía de la necesaria por la carga con algún margen, usualmente entre 125 % y 150 %, el generador puede apagarse. Si la energía cae por debajo de un umbral especificado, se arranca un generador para asegurar la seguridad de la potencia, o algunas cargas dispensables se desconectan para incrementar la autonomía disponibilidad de energía. Este tipo de sistema produce gran cantidad de energía extra que debe usarse si el proyecto es económicamente factible.

Al contrario de la tecnología flywheel y las tecnologías de baterías estándar, el hidrógeno y las baterías de flujo basado en vanadio pueden proporcionar almacenamiento a largo plazo para los sistemas de potencia diesel-eólica. Aunque el almacenamiento a largo plazo se ha aplicado en muchas aplicaciones híbridas más pequeñas, su uso en grandes sistemas diesel-eólica es relativamente nuevo.

Mientras que el coste de los hidrocarburos ha sido bajo el uso de sistemas de almacenamiento a gran escala en sistemas diesel-eólica no ha sido viable, pero las cosas han cambiado rápidamente, especialmente en lugares remotos donde el coste de los combustibles es aún mayor. Los lugares remotos como el ártico son los primeros sitios donde cambia la viabilidad de los proyectos energéticos y es allí donde las nuevas tecnologías son más rentables.

Los sistemas híbridos en climas árticos

Para reducir los costes de la generación de energía rural es necesario actuar sobre comunidades altamente vulnerables a los costes de los combustibles diesel. Una región donde se está trabajando en este tipo de proyectos es Alaska. Veamos algunos proyectos ejemplo:

Kotzebue, Alaska: Proyecto de baja penetración 
  • Por encima del círculo glaciar ártico, la comunidad costera de Kotbue, donde viven aproximadamente 3000 persona. La carga promedio de la localidad variaba entre 2.5 MW y un mínimo de 700 kW. Tenía instalada una planta diesel con capacidad de 11 MW.
  • El proyecto diesel-eólica se inció en 1997, instalando tres torres eólicas de celosía con capacidades de 15, 50 y 50 kW. Desde entonces el parque eóligo ha ido creciendo hasta alcanzar los 915 kW con 17 turbinas.
  • Una de las características  del lugar es que la velocidad promedio anual del viento en el sitio era bastante baja.
  • Las turbinas generaban aproximadamente 667.580  kWh, lo cual suponía un ahorro en combustible diesel de 45.500 galones.
  • Incluyendo las paradas del parque eólico, cada turbina tenía una disponibilidad anual aproximada de 8.000 horas al año, un 92 % de la disponibilidad de turbina.
Continua en 3ª PARTE

Palabras clave: Flywheel technology, vanadium-based flow batteries
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