Ver 1ª PARTE
Sistemas de penetración media
Son sistemas con grandes ratios de contribución de energías
renovables en los que se requiere algún nivel de control de potencia. Para mantener
niveles de carga mínima en los generadores diesel en plantas diesel múltiples
cuando se produce una gran producción de energía por una fuente eólica, algunos
generadores diesel tienen que apagarse o conmutar la producción a una unidad
más pequeña. Este nivel bajo de generación hace más duro para los generadores
diesel regular el voltaje del sistema y mantener un equilibrio de potencia
adecuado, especialmente con los generadores diesel más antiguos.
a.
Capacidades de reducción de potencia de las
turbinas eólicas.
b.
La inclusión de cargas secundarias, así
incrementando la carga del sistema total.
c.
Uso de cargas volcado controladas para asistir
en el recorte de la variabilidad en los picos sin viento, así asistiendo en el
control de la frecuencia.
d.
Uso de electrónica de potencia avanzado y
control de la turbina para permitir especificación de potencia en tiempo real
de la turbina eólica y
e.
Electrónica de gobierno diesel que permite operación
diesel de baja carga, permitiendo al diesel un tiempo de respuesta más rápido.
Manteniendo el nivel apropiado de reserva de rotación en un
sistema requiere experiencia con variabilidad de potencia y control del sistema
pero no se considera técnicamente compleja. Tales cuestiones de reserva de giro
se manejarán caso por caso pero pueden solventarse usando controles diesel
avanzados, motores diesel electrónicos modernos, e integración de planta
avanzada.
Sin embargo, incluso con la implementación de
acondicionamiento de potencia avanzada o tecnología de alisamiento de potencia,
los motores diesel tienen un rating de carga mínimo bajo el que los fabricantes
afirman que los motores diesel no pueden ser operados. Operando bajo estos
niveles (típicamente 40 o 50 % de la potencia nominal) se reduce la capacidad
de gobierno para controlar la frecuencia, potencia reactiva y a un voltaje de
grado limitado, se fuerza al motor a funcionar a una temperatura más fría,
causando un incremento en la emisión de carbón y aumentan los requerimientos de
mantenimiento. Estos requerimientos de carga actúan como un techo, limitando el
beneficio de incrementar la cantidad de viento en un sistema diesel. Para
permitir una mayor penetración en un sistema diesel, varias compañías han
introducido motores diesel que pueden operar a muy baja carga, generalmente por
debajo del 10 % de la potencia nominal. Estos motores diesel de bajo carga
mantienen su habilidad para controlar la frecuencia, voltaje y potencia
reactiva a bajos niveles de potencia pero que actúan como reserva giratoria
debido a su habilidad a responder rápidamente a cambios de paso en la carga.
Los sistemas de penetración media son más complejos, que dan
como resultado casi invariablemente
incrementos de costes. Estos costes deben ser comparados respecto a la
reducción del consumo de combustibles diesel, operación de motores diesel
reducida, y necesidades reducidas para el almacenamiento y manejo de
combustible, y en algunos casos la reducción de las emisiones de carbón.
Sistemas de alta penetración
Una penetración
instantánea de energías renovables eleva, eventualmente más energía puede ser
generada que la necesitada por la carga de la comunidad. Con el viento
proporcionando una gran cantidad de carga, la capacidad de los motores diesel
para controlar frecuencia, voltaje, y potencia reactiva es significativamente
reducida. A menos que haya una gran necesidad de energía térmica o eléctrica,
tiene sentido financiero apagar tantos, o preferiblemente todos los motores
diesel cuando toda la carga puede suministrarse por fuentes renovables. El
concepto operacional detrás de estos sistemas es que el equipo adicional es
instalado para asegurar la estabilidad del sistema de potencia y calidad de la
energía cuando el motor diesel, el dispositivo que típicamente controla estos
parámetros, está apagado. En este caso, cualquier producción de energía
instantánea sobre la carga eléctrica requerida, una penetración del 100 % es
suministrada a una variedad de cargas secundarias controlables. En estos
sistemas, los condensadores síncronos, bancos de carga, carga despachable,
convertidores de potencia, controles de sistema avanzados, y posible almacenaje
en la forma de baterías o sistemas de volante son usados para asegurar la
calidad de potencia e integridad del sistema. Adicionalmente, una gestión de
carga del lado de demanda bien diseñado, incluyendo esquemas de derramamiento
de caga, pueden ser utilizados para soportar la estabilidad y fiabilidad de la
red. Recientes diseños de los sistemas diesel – eólica de alta penetración en
Alaska incluyen sistemas de calentamiento eléctrico residencial con capacidad
para almacenamiento térmico que pueden ser cargados durante escenarios de baja
carga y altos vientos.
Aunque los sistemas diesel – eólica de alta penetración se
ha demostrado ya viable comercialmente, todavía no se considera una tecnología
madura y no se ha demostrado para sistemas más grandes que 300 kW. Las
estaciones de potencia eólica de alta penetración también requieren mucho nivel
de integración del sistema, complejidad del sistema, y control avanzado,
incrementando el coste del proyecto, pero reduciendo el consumo de combustible
y la operación del motor diesel significativamente.
En sistemas incorporando almacenamiento, el almacenaje se
usa para cubrir fluctuaciones a corto plazo en energías renovables. La premisa
de este diseño es que cuando los generadores basados en energías renovables
están suministrando más energía que la necesitada por la carga, los generadores
del motor pueden ser apagados y las baterías cargadas con el exceso de energía
eólica. Si las calmas se prolongan o el almacenaje se descarga, un generador
arranca y suministra energía a la carga. Los estudios han indicado que la
mayoría de las calmas en potencia del viento tienen una duración limitada, y
usan almacenamiento para cubrir estos periodos cortos de tiempo que pueden
llevar a una reducción significativa en el consumo de combustible, horas
operacionales del generador y arranques del generador reducidos.
En recientes años, dos tipos de almacenamiento han sido
exitosamente demostrados en sistemas de energía rural operacional:
almacenamiento de baterías y volantes de inercia. El almacenamiento en baterías
es el más comúnmente usado, tomando ventajas de la larga historia operacional
de las tecnologías de baterías. Los sistemas de baterías níquel cadmio y
convertidores de potencia rotatorios y las baterías de flujo basadas en vanadio
pueden usarse para dar uniformidad a las fluctuaciones de la energía eólica,
tanto en los sistemas pequeños como grandes.
La tecnología de volantes es cada vez más común como un
método para proporcionar almacenamiento de energía a corto plazo e incrementar
la calidad de energía del sistema. Aunque los volantes proporcionan solamente
escasez a corto plazo, hasta varios minutos, se usan con éxito para suministra
pequeños niveles de potencia durante largos periodos o golpes cortos de alta
potencia durante periodos de tiempo muy cortos. Estas unidades también se
diseñan de forma modular y pueden ser apiladas para proporcional altas
contribuciones de potencia durante periodos de tiempo más largos.
Este tipo de sistema produce una gran cantidad de energía
extra que debe ser usada.
Ejemplo de ahorro con sistemas de alta penetración diesel - eólica
Como ejemplo de sistema de alta penetración podemos
mencionar el proyecto desarrollado por Tanadgusix Corporation en Alaska. El
sistema consiste en una turbina eólica de 225 kW y un generador diesel de 150
kW, un condensador síncrono, un depósito de agua caliente de 27.000 litros con
control térmico y un sistema de control basado en microprocesador capaz de
proporcionar la operación completamente automática de la planta.
El sistema se diseñó para apagar el motor diesel si hay
suficiente viento para cubrir la carga completa además de un margen de
seguridad controlable. Mientras el motor diesel se apaga, el controlador del
sistema mantiene un equilibrio entre la potencia generada por la turbina eólica
y el consumo eléctrico total ajustando la potencia llegando a los calentadores
térmicos en el tanque de agua. El condensador síncrono también se usa para
proporcionar energía reactiva y mantener el voltaje del sistema. Llevando a
cabo una supervisión continua de la carga, necesidades térmicas, y producción
de energía eólica, si el controlador determina que no hay bastante margen entre
la carga eléctrica y la producción eólica, hay posibilidades de que la potencia
eólica caiga bajo la carga eléctrica, se arranca un motor diesel.
La carga eléctrica primaria en las instalaciones es en
promedio de 70 kW, pero el sistema también suministra la calefacción de las
instalaciones con el exceso de energía térmica de la planta diesel.
La penetración promedio del sistema ha sido casi del 55 %,
con tiempos significativos cuando el sistema opera con los generadores diesel
apagados. Desde 2005 este sistema bien ahorrando unos 150.000 galones de
combustible, aproximadamente el 50 % del consumo esperable sin energía eólica.
Cargas gestionables
Con más capacidad eólica instalada en una planta diesel
existente, se creará más exceso de energía. Para los sistemas de alta
penetración, esta energía extra debe usarse de forma productiva para hacer el
proyecto competitivo en costes. En climas árticos y templados, esto puede
resolverse usando energía extra para calentamiento del espacio o agua caliente,
pero en climas tropicales, deben determinarse otros usos.
En algunos casos, esta energía extra puede ser dirigida a
cargas específicas que pueden encenderse o apagarse cuando se necesita, tales
como calentadores de agua, acondicionadores de agua, sistemas de
desalinización/purificación de agua, o dispositivos específicos de potencia que
por su naturaleza tienen un almacenamiento embebido, tal como el agua de bombeo
o fabricación de hielo. Cargas
controlables adicionales, tales como vehículos eléctricos, pueden incorporarse
para usar esta energía pico adicional cuando está disponible.
Como una complejidad adicional, en climas con grandes cargas
térmicas es típico extraer energía térmica del ciclo de combustión de la planta
diesel. La inclusión de la eólica reduce la operación diesel, reduciendo la
cantidad de energía eólica generada. Si la planta está usando energía térmica,
la economía de la generación de energía por otros medios tiene que ser tomada
en cuanta cuando se valora el impacto de incorporar la eólica. Este es
especialmente el caso en los sistemas eólicos de alta penetración en los que
todos los motores pueden apagarse, eliminando todo el calor de la planta del
sistema diesel. En casos de parada total de los motores diesel, el exceso de
energía puede ser usado para mantener una cierta temperatura.
Gastos de operación e instalación
Los proyectos de construcción en áreas rurales y remotas son
siempre difíciles y más caros. La implementación de la tecnología eólica que
típicamente requiere el desarrollo de cimentaciones especiales y el uso de
grúas no disponibles localmente eleva el coste de las turbinas. Los costes de
estos proyectos en lugares remotos suelen ser del orden de cuatro veces los
costes equivalentes en Europa o USA. Solamente el 30 % de los costes están
relacionados con la turbina y elementos auxiliares.
La operación de estos sistemas también impone desafíos
adicionales. Capacidades de servicio limitadas, climas duros, y costes de
desplazamiento elevados dan como resultado un incremento en los costes de
mantenimiento. Avances en la supervisión remota, control y supervisión del sistema,
y la formación de técnicos locales ayuda a reducir los costes de implementación
de los proyectos.
Bibliografía:
Technology,
Performance, and Market Report of Wind-Diesel Applications for Remote and
Island Communities. National Renewable Energy Laboratory
0 comentarios:
Publicar un comentario