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Integración en red: Soluciones para altas

Eólica de Media Potencia en Generación Distribuida y

Sistemas Híbridos o Aislados

Integración en red: Soluciones para altas penetraciones eólicas en sistemas insulares

Las Palmas, 9 Noviembre 2010

1.Eólica de Media Potencia

ÍNDICE

1

2.Aplicaciones en Generación Distribuida

3.Sistemas Híbridos

4.Sistemas Autónomos

5.Conclusiones




2




5.Conclusiones

1. El Grupo Norvento Enerxía

• NORVENTO es un grupo energético con más de un cuarto de siglo de experiencia en el aprovechamiento de las energías renovables, lo que le ha permitido posicionarse como líder energético en Galicia, su comunidad autónoma de origen.

• Opera y gestiona 500 MW renovables:

� Minihidráulica

� Eólica

� Biomasa

� Solar

• Incluye entre sus actividades:

3

• Este conocimiento integral del negocio y su solidez financiera permiten a NORVENTOafrontar con garantías de éxito un ambicioso plan de expansión nacional e internacional, por el cual desarrollará unos 1500MW a corto y medio plazo.

• Asimismo, posibilitan la apuesta de NORVENTO por nuevas oportunidades en el campo de las energías renovables, a través de Norvento Energía Distribuida.

• Incluye entre sus actividades:

� Estudio de recurso

� Tramitación

� Elaboración y ejecución de los proyectos de ingeniería civil y eléctrica

� Operación y mantenimiento de sus instalaciones

• Se trata del uso de aerogeneradores de hasta 300kW de potencia unitaria, en instalaciones orientadas al autoconsumo

• Cubre el hueco entre las pequeñas instalaciones domésticas (microgeneración) y las grandes plantas de generación (parques eólicos)

2. ¿Qué es la eólica de media potencia?

4

APLICACIONES DOMÉSTICAS:

Micro/minieólica

APLICACIONES INDUSTRIALES:

Minieólica/Eólica de Media Potencia

PLANTAS DE GENERACIÓN:

Gran eólica


2.Aplicaciones en Generación Distribuida2.Aplicaciones Generación Distribuida

55




5.Conclusiones

2.Aplicaciones Generación Distribuida

3. Aplicaciones comerciales e industriales de la Media Potencia conectada a Red

• El fundamento de estas aplicaciones es generar in situ y mediante energías renovables parte de la energía eléctrica que necesita el consumidor industrial o comercial.

• Por tanto, estas aplicaciones cuentan con las siguientes ventajas:– Para el propietario de la instalación:

� Reduce su factura eléctrica, aumentando su competitividad.

� Mejora su imagen como empresa u organización.– Para el sistema eléctrico:

� Se reducen las pérdidas de transporte y distribución.

6

distribución.� Aumenta la penetración de las energías

renovables sin necesidad de nuevas infraestructuras eléctricas.

� Mejora la calidad del suministro en la red de distribución (con las prestaciones de los aerogeneradores de última generación)

– Para la sociedad en general:� Se reducen las emisiones y el impacto

medioambiental de las infraestructuras eléctricas� Se desarrolla un tejido productivo que genera

empleo y riqueza a nivel local (energía distribuida = riqueza distribuida)

• Polígonos industriales o empresas con consumos elevados.• Empresas agropecuarias (especialmente con riegos).

3. Aplicaciones comerciales e industriales de la Media Potencia conectada a Red

http://www.northernpower.com http://www.windenergyservices.net/projects/the_time_factory.html

7

• Empresas agropecuarias (especialmente con riegos).• Complejos turísticos y de ocio.• Edificios e instalaciones del sector público situadas en

lugares expuestos al viento.• Urbanizaciones en zonas abiertas.• Electrolineras, para recarga de vehículos eléctricos.

http://www.northernpower.com http://www.northernpower.com http://www.northernpower.com

� Control activo:� Orientación� Paso de pala (pitch)� Velocidad de giro

ALTA EFICIENCIA

http

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ww

.win

dpow

er.o

rg

4. Requisitos del producto

8

� Know-how y herramientas avanzadas de cálculo y simulación

� Certificación según estándares internacionales

� Calidad de energía� Convertidor de potencia:

� Control de reactiva� Control de tensión� Huecos de tensión.

SEGURIDAD GARANTIZADA

INTEGRACIÓN EN RED

� Proporcionalmente, rotores mayores y torres más altas

VIENTOS BAJOSatlaseolico.idae.bmp

http://www.northernpower.com

4. Requisitos del producto

9

� Reducidos medios de transporte e instalación

� Sistemas sencillos, de máxima fiabilidad y mínimo mantenimiento

� Servicio Técnico “a domicilio”SIN PERSONAL DE

O&M IN SITU

INSTALACIÓN DISPERSA http://www.entegritywind.com

5. Aerogenerador NED100

3. BASES DEL DISEÑO

� Parámetros básicos:

� Potencia nominal: 100 kW

� Diámetro del rótor: 22 m

� Altura del buje: 37 m

� Para vientos bajos y moderados:

� Optimizado para clase IV 5.5m/s ≈ 20 km/h ⇒ 2200 HAE

10

5.5m/s ≈ 20 km/h ⇒ 2200 HAE

� Diseño con cargas de clase III 7.5m/s ≈ 27 km/h ⇒ ráfagas 52.5m/s ≈ 190 km/h

� Concepto

� Control activo de la velocidad de giro, el paso de pala y la orientación.

� Convertidor de potencia (“full converter”), permitiendo cumplir los códigos de red más exigentes y mejorar los parámetros eléctricos de la red de distribución (control de reactiva, etc.).

� Accionamiento directo, sin multiplicador, incrementando al máximo la fiabilidad de la máquina para instalaciones distribuidas.

� Máxima simplicidad de operación: una revisión anual por parte del equipo de mantenimiento, sin intervención del propietario en la operación de la máquina.

6. Necesidades Eólica de Media Potencia conectada a red

� Trámites Administrativoso Es necesario establecer un procedimiento simplificado para la

tramitación de estas instalaciones.o Creación de un grupo específico (separado de “gran eólica”) en

legislación y asignaciones de potencia en pre-registro.

� Marco Retributivoo Es la energía renovable más competitiva en aplicaciones

11

o Es la energía renovable más competitiva en aplicaciones industriales de energía distribuida.

o El coste de generación está cerca del precio de la energía final que paga el consumidor industrial (cerca de paridad de red).

o Se necesitan mecanismos de retribución adaptados a la potencia(tarifa regulada) o a la aplicación (net-metering).

� Requisitos técnicoso Seguridad y calidad: deben establecerse requisitos de certificación que

eviten la instalación de máquinas que no hayan demostrado cumplir con la normativa vigente.

o Conexión a red: es necesario establecer requisitos de conexión y controlabilidad que permitan integrar esta fuente de energía con seguridad para el sistema eléctrico.



1212




5.Conclusiones


7. Sistemas Híbridos. Aplicación

• Aplicaciones de los Sistemas Híbridos– Poblaciones o instalaciones que por situación geográfica o grado de desarrollo del entorno

tienen dificultades de acceso de forma continua, estable y suficiente a una red eléctrica.

– Conexión con red es inabordable,

� Coste económico.

� Problemas medioambientales, sociales, etc.

Sistemas Convencionales

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Sistemas Híbridos Renovables

• Reducen la dependencia del combustible y fuentes externas. Aprovechamiento recursos locales.• Mejoran rentabilidad de sistema (menor coste generación).• Ventajas medioambientales.

• Generación eléctrica con grupos diesel o pequeñas centrales.• Localizaciones remotas, difícil acceso, etc.

- Alto coste del combustible.- Riesgo de vertidos.

7. Sistemas Híbridos. Wind-Diesel

• ¿Cuando un sistema es “Híbrido”?– Potencia renovable instalada del mismo orden que la

convencional, penetración importante.

– El sistema tiene que participar en la regulación y control del sistema eléctrico resultante.

La conexión de instalaciones de pequeño tamaño puede considerarse generación

distribuida

• Sistemas eólico-diesel (Wind-diesel) – Generación eólica en paralelo con los grupos diesel para

reducir el consumo de combustible. – Servicios de control de Tensión y frecuencia de la red

realizados por grupos diesel y sus controles estándar.� Siempre queda al menos un grupo conectado.

1414

• Grupos diesel son sistemas muy robustos y sus controles

sencillos, responsabilidad control.

• Aerogeneradores, producción energía.

• Permiten desplazamientos del 40% energía consumida

(sin sistemas de almacenamiento)

� Siempre queda al menos un grupo conectado.� Respuesta ante variaciones en red (V y f) la

realizan los grupos (Q y P).– Control sistema híbrido, ajusta la producción eólica y/o

las cargas del sistema, para maximizar el ahorro en función de las condiciones de viento y consumos sistema.

� Los aerogeneradores se ven en el sistema como cargas negativas.

– Se prima sencillez y seguridad de suministro frente a penetración eólica (suministro de una población por ejemplo).

– Optimización. Posibilidad de incluir sistemas de almacenamiento,

� Alta capacidad. Aumentar el desplazamiento de generación convencional (HP, EZ+FC, CAESS).

� Baja capacidad. Optimizar la operación de los diesel (FESS, BESS).

7. Sistemas Híbridos. Funcionamiento I

• Control Sistema Híbrido– OBJETIVOS

� Maximizar la generación eólica en función de las condiciones de viento y demanda del sistema.

� Mantener seguridad suministro.– Es necesario adaptar potencia entregada por el sistema a los

consumos existentes.� Control potencia en Aerogeneradores (Pitch

Variable). � Utilización de cargas regulables.

� Resistencias. En ambientes fríos calentamiento de agua. Sistemas de almacenamiento (HP, CAES, EZ+FC).

Fundamental poder limitar potencia o aumentar carga

en caso de exceso de generación

1515

Permite optimizar el sistema y reducir consumo de diesel

� Sistemas de almacenamiento (HP, CAES, EZ+FC).

– Grupos Diesel. Mínima generación limitada por problemas técnicos (problemas si medio plazo Pav < 30%)

� Control gestiona apagado y encendido de los grupos.� Optimización del diseño,

� Combinación grupos diesel diferentes potencias.� Grupos preparados para funcionamiento a bajas cargas

(10%).� Modificación diesel. Operación como motor.

– Gestión Reactiva. � Producción-Consumo Q por aerogeneradores� Diesel, pequeñas variaciones para control V.

– Gestión de los sistemas de almacenamiento� Optimización generación, reducir arranque/parada.

– Mantenimiento de reserva (spinning) que cubra la caída del aerogenerador con mayor producción (Diesel o BESS-FESS).

Optimiza punto funcionamiento generador

síncrono (cos φ ≈ 1)

Seguridad de suministro

7. Sistemas Híbridos. Funcionamiento II

a) Viento Bajo. El sistema diesel genera la mayor parte

de la demanda.

b) Viento Creciente. La generación eólica aumenta y baja el diesel. Apagado de

grupos.

c) Conexión brusca de carga. La respuesta se realiza por los grupos diesel, pero la Viento

1616

los grupos diesel, pero la carga se asume por los

aerogeneradores a corto plazo.

e) Desconexión brusca de carga. La respuesta se realiza por los grupos diesel, pero la

carga se asume por los aerogeneradores a corto

plazo.

d) Variación viento. La potencia generada entre

diesel y eólica se ajusta para coincidir con la carga

Viento

Eólica

Diesel

Carga en

Sistema

Diesel Pmin

Limitación Potencia

Posibilidad de optimizar arranques

diesel

7. Sistemas Híbridos. Ejemplos

Proyecto: DenhamAño: 1998/1999/2007Sistema Diesel: 2x280kW + 2x580kW +

2x250kW LLD ®Sistema Eólico: (3+1)x230kW

ENERCON E-30/33

Proyecto: KasigluckAño: 2006Sistema Diesel: -- kWSistema Eólico: 3x100kW

NORTHERN POWER 100Lugar: Kasigluck-Old Kasigluck-Nunapitchuck


http://www.verveenergy.com.au

1717

Proyecto: San CristóbalAño: 2007Sistema Diesel: 3x650kWSistema Eólico: 3x800kW

MADE AE-59Lugar: Isla San Cristóbal

Galápagos (Ecuador)Promotor: EOLICSA

ENERCON E-30/33Otros: FlywheelLugar: Denham

WA (Australia)Promotor: Verve Energy

Proyecto: CascadeAño: --Sistema Diesel: -- kWSistema Eólico: 2x100kW

NORTHERN POWER 100Lugar: Village of Cascade

Wisconsin (USA)Promotor: Village of Cascade

Lugar: Kasigluck-Old Kasigluck-Nunapitchuck Alaska (USA)

Promotor: Alaska Village Electric Cooperative

SISTEMAS FASE

COMERCIAL




1818




5.Conclusiones


8. Sistemas Autónomos

• Sistemas Autónomos– Un paso más en la integración de eólica en sistemas aislados es la posibilidad de funcionar con el

grupo diesel completamente apagado (diesel-off mode o Stand-alone system).

– Existen dos posibles escenarios,

� Sistema Autónomo en paralelo con diesel.

� Grupo diesel apagado cuando hay recurso eólico suficiente para cubrir la demanda del sistema.

� Grupos diesel funcionan en paralelo con los aerogeneradores cuando no hay recurso eólico suficiente para cubrir la demanda.

� Sistema Completamente Autónomo.

� Generación casi 100% eólica (al menos durante periodos significativos).

1919

� Generación casi 100% eólica (al menos durante periodos significativos).

� Dimensionamiento de sistema eólico para cubrir demanda y almacenamiento.

� Inclusión y dimensionamiento de sistemas de almacenamiento de alta capacidad (hidrógeno, bombeo . . . aire comprimido) para cubrir demanda en ausencia de viento.

– Se aumenta la penetración en el sistema pero,

� Mayor coste y por tanto inversión� ¿Rentabilidad?

� Mayor complejidad técnica.� Personal O&M mejor formado.

SISTEMAS EN FASE DEMOSTRACIÓN

Photo Vattenfall

8. Sistemas Autónomos

• Control Sistema Autónomo– OBJETIVO

� Coordinación sistemas para optimizar el recurso renovable.

� Seguridad de suministro

– Control de frecuencia.

� Sistema especifico con almacenamiento baja capacidad (FESS, BESS).

� Control de frecuencia y estabilización de la red.

� Cubren tanto las variaciones de potencia por fluctuaciones de viento como de cargas.

Normalmente se utiliza un sistema Flywheel para control frecuencia y estabilización de red

2020

viento como de cargas.

� Dimensionamiento actuación durante segundos.

� Aerogeneradores. Energía almacenada en rotor� Respuesta lenta para control de frecuencia. Problemas en

tren de potencia y elementos mecánicos.

� Opciones con almacenamiento en DC-link.

� Lazo de control potencia específico.

– Control de Tensión

� Convertidor aerogenerador tiene capacidad suficiente

– Se incluye un sistema de baterías + inversor como back-up y emergencia.

� Dimensionamiento actuación durante minutos

– Gestión de los diferentes sistemas para optimización del funcionamiento.

8. Sistemas Autónomos. Funcionamiento

a) Viento Bajo. La carga del sistema se cubre entre los

aerogeneradores y el sistema de almacenamiento.

b) Viento Creciente. La generación eólica aumenta y se comienza a almacenar en

lugar de generar con sistemas de almacenamiento.

c) Conexión brusca de carga. La variación en la carga hace

Viento

2121

La variación en la carga hace que se invierta menos

energía en almacenamiento y se utilice directamente en las

cargas.

e) Aumento carga. Un nuevo aumento mantenido provoca el agotamiento de la energía almacenada y la necesidad de

generación diesel.

d) Variación viento. La potencia generada entre el

sistema de almacenamiento y eólica se ajusta para coincidir

con la carga

Viento

Eólica

Storage System

Carga en

Sistema

Generación

Almacenamiento

Generación Diesel



2222




5.Conclusiones5.Conclusiones

9. Conclusiones

Renovables en Generación Distribuida

Renovables en Sistemas Aislados

Mejoras en la estabilidad y calidad de la red

Permite aumentar la competitividad de las industrias

Reduce las pérdidas y las inversiones en sistema eléctrico

Aprovecha los recursos energéticos locales. Reduce dependencia externa

Reduce coste generación kWh. Menor dependencia combustibles fósiles

(alto precio)

Posibilita desarrollo comunidades en localizaciones remotas

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(alto precio)

Eólica de Media Potencia

ADECUADA– Logística e instalación

� Medios transporte y montaje reducidos (locales)

– Capacidad Técnica� Última tecnología en control,

calidad energía y estabilidad red

– Mantenimiento y fiabilidad� Diseño orientado a sistemas sin

mantenimiento dedicado.

Sistemas Híbridos Wind-DieselSistemas Autónomos eólicos

REALIDAD– Gran número de proyectos funcionando

en todo el mundo� Experiencia, información, etc.

– Explotación comercial� Wind-diesel. Sistemas probados

y relativamente maduros

� Autónomos. Buenas perspectivas

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