taller energías oceánicas - actividad 5

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Taller Virtual: Energías Oceánicas. Aprovechamiento energético del oleaje

RED DE EXPERTOS EN ENERGÍA

TALLER

“ENERGÍAS OCEÁNICAS: APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL OLEAJE”

MODERADOR: MARCOS LAFOZ PASTOR

COLABORACIÓN: LUIS GARCÍA-TABARÉS RODRÍGUEZ Y MARCOS BLANCO AGUADO

ACTIVIDAD 5: INTEGRACIÓN EN RED DE LAS

ENERGÍAS OCEÁNICAS

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Objetivos

El objetivo de esta actividad del taller de energías oceánicas es explicar las características particulares que tiene la conexión a la red eléctrica de los sistemas de generación oceánica.Se estudiarán también los principales problemas que presenta la inyección en la red de potencias oscilatorias, así como las soluciones más importantes para resolverlos. Se prestará especial interés a la solución basada en sistemas de almacenamiento de energía.

Siga la presentación y responda al cuestionario al final de la misma.

5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.

Langlee Wave Power Plant in Tenerife Island (Spain)

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10MW project at WaveHub in Cornwall (UK)


La conexión a red de sistemas de generación oceánica comparte sus características cuando se habla de eólica off-shore, energía del oleaje y energía de mareas o corrientes. En todos los casos la conexión a la red de alta tensión se produce a través de los siguientes elementos:

Elementos constituyentes de la conexión a red

1. Power take-off (PTO). Formado por el generador eléctrico y la electrónica de potencia

2. Cable submarino en continua o en alterna hasta centro de transformación submarino (en los casos de una granja)

3. Centro de transformación submarino, donde se pasa a una tensión más elevada 400/45000

4. Cable submarino a tierra5. Centro de transformación 6. Línea de transmisión aérea

http://www.simplyblueenergy.com/projects/wavehub-10mw/

http://www.simplyblueenergy.com/projects/wavehub-10mw/

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La conexión de los dispositivos a la red terrestre se suele hacer mediante cables de potencia submarinos. Se puede compartir la infraestructura de transporte de potencia con la eólica off-shore.

Source:ABB

Elementos constituyentes de la conexión a red

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Source: ABB Source: EnBW Substation in Baltic Sea

5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas. Elementos constituyentes de la conexión a red

Las subestaciones submarinas son otro elemento tecnológicamente complejo y específico de las aplicaciones de energías oceánicas.De la mano de la eólica offshore y las plataformas petrolíferas se han desarrollado mucho.

Source: ABB

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Los principales problemas que pueden ocasionar en una red eléctrica los sistemas de potencia oscilatoria son los siguientes:

1. Oscilaciones de frecuencia, producida por una diferencia de potencia generada y consumida, cuando la inercia del sistema no es importante.

2. Fluctuaciones de tensión, producidas por las caídas de tensión en ciertas líneas de transmisión

3. Flicker, que es un efecto de variación en la tensión en el entorno de los 10Hz que se detecta en las lámparas incandescentes y produce fatiga ocular.

4. Contenidos armónicos, que pueden producir mal funcionamiento de equipos y calentamientos adicionales

Standard EN 50160

Consulte la siguiente normativa si quiere conocer más sobre los límites de frecuencia y tensión establecidos para una red eléctrica. Pulse en el siguiente link.

5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas. Problemas de la conexión a red de renovables oceánicas

http://admin.copperalliance.eu/docs/librariesprovider5/power-quality-and-utilisation-guide/542-standard-en-50160-voltage-characteristics-in.pdf?sfvrsn=4&sfvrsn=4

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Power

P_

TimeEs muy importante tener la consideración de que la potencia media obtenida de un captador de energía de las olas es mucho menor que las potencia de pico que es necesario transformar, debido a la propia naturaleza del recurso.

Esto, en redes débiles es un problema y exige muchas veces compensar estos picos y oscilaciones para evitar inestabilidades en la red.

Potencia media

Potencia instantánea

5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas. Problemas de la conexión a red de renovables oceánicas

En energía del oleaje es muy habitual tener potencias inyectadas muy oscilatorias que pueden dar lugar a todos los problemas expuestos anteriormente, por lo que deben ser estudiados cuidadosamente.

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9380 9385 9390 9395 9400 9405 9410 9415 9420 9425 9430

0

2

4

6

8

10

12x 10

5

tiempo (s)

Pot

encia

(W)

Disposición óptimaDisposición no-optima

5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas. Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados por la generación de renovables oceánicas

Entre las distintas posibilidades para compensar las oscilaciones de potencia están:

1. La disposición adecuada de los dispositivos captadores de energía del oleaje.

Por desgracia, el oleaje es irregular y esto sólo se produce en una componente. No obstante, eligiendo una disposición adecuada, aunque no de forma definitiva, se pueden reducir bastante los efectos de la oscilación de potencia, como se puede ver en la figura de la derecha.

Si consideramos que la potencia generada por un WEC (wave energy converter) tiene una oscilación igual a la longitud de onda del oleaje, colocando 3 WECs a 1/3 de dicha longitud de onda la oscilación se podría compensar.

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-3

-2

-1

0

1x 10

5

tiempo (s)

Pot

enci

a (W

)

PELECTRICA PMECANICA

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

500

1000

1500

2000

tiempo (s)

tens

ión

(V)

Udc

Control MixtoControl en Tensión CosntanteControl Directo de Potencia

Control MixtoControl en Tensión CosntanteControl Directo de PotenciaPMECANICA



2. La actuación sobre el control de los disposición captadores de energía del oleaje

Normalmente la estrategia de control del generador va encaminado a obtener la máxima cantidad de energía del recurso. Sin embargo, en casos de redes débiles este objetivo puede no ser prioritario, siendo más importante minimizar las oscilaciones de potencia en la red. Por ejemplo, se puede hacer aprovechando la energía cinética de los cuerpos flotantes o la capacidad de los condensadores de la etapa de continua de convertidores electrónicos de potencia que conectan el generador con la red, permitiendo una cierta variación en la tensión de los mismos.

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3. Mediante dispositivos adicionales de almacenamiento de energía

Power electronics

Energy flow (generation)

Energy flow (charge/discharge)

Energy flow (generation)

Supercapacitors

Se ha considerado la opción de almacenar en supercondensadores por la baja energía necesaria, alta potencia y elevado número de ciclos requerido Para más info…

http://www.maxwell.com/

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El esquema general de actuación para compensar las oscilaciones sería el presentado en el esquema.



Aportar con los supercondensadores la diferencia entre el valor medio de potencia deseada en la red y la que llega desde el WEC.

Misión del almacenamiento

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Un segundo bucle de control se encarga de compensar la carga o descarga neta del sistema de almacenamiento debido a pérdidas o desajustes globales. Se denomina SoC compensator.


3. Mediante dispositivos adicionales de almacenamiento de energíaEl bucle de control que da la consiga con la cantidad de potencia que debe dar en cada momento el almacenamiento se genera como la diferencia entre el valor instantáneo entregado por el WEC y una media móvil calculada a partir del histórico de potencias.

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

96

98

100

102

(e)

Vol

tage

[Vdc

]

SoC compensator

DC-link voltage DC-link rated voltage

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-20

0

20

40

(f)

ES

S c

urre

nt [A

dc]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5053

54

55

(g)

ES

S v

olta

ge [V

dc]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

-1

0

1

2

3

Time [s]

(h)

Pow

er [k

W]

WEC / WF ESS Grid

Supercapacitors voltage

Supercapacitors current

DC-link voltage

Power balance

A modo de ejemplo se presentan los resultados de la implantación de un sistema de almacenamiento basado en supercondensadores para reducir la oscilación de potencia inyectada en la red, utilizando el método de control descrito anteriormente.

En esta gráfica final se ve cómo la potencia oscilatoria verde del WEC se convierte en una potencia estable en la red (naranja) gracias a la potencia intercambiada con el almacenamiento (rosa)



Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados por la generación de renovables oceánicas

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Cuestionario Actividad 5:

Responda ahora a la siguiente cuestión sobre la actividad 5.

5.1. Realice el siguiente ejercicio. Suponga que dispone de un captador de energía de las olas que produce una potencia con una expresión:

Calcule la cantidad de energía que debería almacenar y la potencia máxima de su dispositivo si quiere compensar totalmente las oscilaciones permitiendo que su sistema inyecte a la red una potencia constante de 60kW.

0 10 20 30 40 50 60Time (seconds)

0

20

40

60

80

100

120

140

data

Time Series Plot:

[kW]

taller energías oceánicas - actividad 5

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