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Generación Distribuida, ventajas y
desventajas del funcionamiento en isla
Conferencia
Dr. Ing. Juan Carlos Gómez Targarona
Organiza: IEEE Argentina, Capítulo PESF.C.E.F. y N., UNC,
Córdoba, 5 de mayo de 2010
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Generación distribuida: Generación de menos de 10 MW, interconectada al
sistema y que puede funcionar en forma independiente alimentando sus usuarios propios
Granja eólica
Bioenergía Celdas fotovoltaicas
Microturbinas Celdas de
combustible COMERCIAL
Motores de combustión interna
RESIDENCIAL
Transmisión y distribución
Motores de combustión interna
INDUSTRIAL
Motores de combustión internaFV de techo y celdas de
combustible
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Definiciones•
Generación distribuida:
planta alimentando un
usuario próximo
o respaldando al sistema •
Generación dispersa:
generación distribuida más
generación pequeña localizada alejada
del usuario (es la anterior más la eólica)
•
Potencia distribuida:
generación distribuida más equipos almacenadores
de energía
•
Fuentes distribuidas de energía:
potencia distribuida más la gestión
del sistema
•
Fuentes descentralizadas:
generación distribuida conectada
a la red de distribución
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Introducción•
Historia: distribuida, centralizada y ahora distribuida
•
Causas: Agotamiento de combustibles fósilesImposibilidad de construir instalaciones nuevasConciencia del daño al ambienteCrecimiento del consumoConsideraciones técnicas y económicas•
Requerimientos:
Cambios de la estructura del mercado eléctricoDesarrollo de nuevas tecnologías de generaciónTecnologías de comunicaciones y control•
Futuro: 15 al 20% del agregado de generación en esta década será
GD
45% de los Ingenieros Electricistas se retirarán antes del 2013
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Esquema tradicional
Esquema futuro
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Apariencia general del nuevo esquema
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Generación Distribuida
•
Principales tecnologías:Generadores:SincrónicosAsincrónicos (de inducción)Inversores
AlmacenadoresSistemas Híbridos
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Principales Tecnologías de Máquinas de impulso
•
Máquinas de combustión internaBajo costo de instalación, buen rendimiento, adecuado para carga intermitente, alto
rendimiento con CHP, buen soporte técnico, buen suministro de repuestos, etc. Mayor uso hasta 5 MW, diesel problemas con emisiones, tendencia
al uso de gas.
•
Máquinas de combustión externa (Stirling,< 5 a 7 kW)
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Turbinas de gas
Turbina Tradicional
RecuperadorBrayton
Esquema comercial
Ventajas: -
bajo costo de instalación por MW, -
aumento de disponibilidad de gas, -
gran demanda para picos de carga, -
alto rendimiento de equipos derivados de aviación, -
rapidez de instalación de 1 a 40 MW en días o semanas, etc.
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Generación eólica
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Generación eólica Su evolución
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Características de la generación eólica
No despachable
Darrieus rotor
Tip
speed
of
blade
/ wind
speed
Ideal 1, máximo 4π/número de palas
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Aprovechamiento de la energía EólicaLímite de Betz
59 %
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Tipos de generadores para turbinas eólicas IGA+Capacitor
GA+Conversor
GA rotor bobinado
GA doble alimentado
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Tipos de generadores para turbinas eólicas IIGS imán permanente
GS +Reductor +Conversor
GS +Reductor +Dos conversores
GS doble alimentado
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Energía solar: su disponibilidadNo despachable
Disponibilidad del recursode 200 a 1.000 W/m2
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Energía solar: Celdas fotovoltaicas
Colectores solares
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Celdas fotovoltaicas
Desventajas:(1)Área requerida por difusión del recurso, (2)Elevado costo una vez instalado en comparación con otras GD, (3) Intermitencia de la potencia si no se dispone de almacenamiento(4) Bajo rendimiento, y(5) Normas de interconexión a la red poco claras
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Microturbinas
de gas1. Tamaño menor a 200 kW
(y aún 100 kW)2. Ciclo simple: compresor y turbina de una sola etapa3. Relación de presiones: 3 a 4:1 en lugar de 13 a 15:14. Rotor: eje corto con el generador en un extremo y bolillero central5. Genera a alta frecuencia 1,5 kHz, requiere conversor
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Microturbinas
de gas, doble eje
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Ciclo combinado (P>=10MW)
Potencias elevadasAlto rendimientoTecnología conocidaUso de gasGeneración central
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Calor y potencia combinadas (CHP)
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Calor y potencia combinadas (CHP)Tipo Tamaño Costo Rendimiento
(MW) (USD/kW) Eléctrico Total
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Celdas de combustible
Ánodo Electrolito Cátodo
Combustible
Oxidante
Rendimiento 50 a 60 % (motor explosión 30 %)
Lentas 10 a 20 MW
Rápidas 50 kW
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Resumen de características principales
Costo“llave en mano”
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GD: Impacto ambiental
SCGT: simple cycle
gas turbineCCGT: combined
cycle
gas turbineSOFC: solid
oxide fuel celPAFC: phosphoric
acid
fuel celGas engine/cat: w/three
way
catalystLean gas engine: poor
mix gas engine/SCR: with
selective
catalyst
reductiontechnology
Nitrogen
oxides
Carbon
dioxide
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ALMACENAMIENTO EN SISTEMAS CON
GENERACIÓN DISTRIBUIDA
ObjetivosMejorar la capacidad de transmisiónEleva la estabilidad de tensiónPermitir mayor aprovechamiento de las fuentes
de energíaSuavizar la generaciónSuavizar las cargasMejorar la calidad de potencia Aumentar la confiabilidad
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Principales Tecnologías de Equipos Almacenadores
Hidrostática de bombeo (altura de agua)Aire comprimido Baterías electroquímicasBobina magnética superconductoraVolante inercialCapacitor electroquímico
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Capacidades de entrega de
energía
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Costos y
Requerimientos
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Sistema híbrido
Interface