baterias-aprovechamiento

FormatoPresentación de

anteproyecto

UNIVERSIDAD DE LA SALLEVicerrectoría Académica

Facultad de Ingeniería

1. TITULO Y LÍNEA DE LA INVESTIGACION

TITULO(Aprox.20 palabras)

Ubicación Óptima De Baterías En Una Micro Red.

NATURALEZA DEL PROYECTO

PASANTÍA TRABAJO DE GRADO XPRÁCTICA

LINEA DE INVESTIGACION

Innovación y desarrollo tecnológico

Modelación y simulación de sistemas

X

Análisis de riesgos e impactos

Cambio climático y control de la contaminación

CLASIFICACIÓNDURACION EN MESES 4

INCIDENCIA SOCIAL

POBLACION BENEFICIADA

2. INVESTIGADORES (Proponentes, Director(a) y Asesores interno y/o externos)Primera Persona (Estudiante) de

Primer apellido Castiblanco Segundo Apellido VargasNombre(s) Jairo AndrésTipo de vinculación con la Universidad

Estudiante

País ColombiaProfesión EstudianteDirección y/o Teléfono y celular Kr 13 # 11-33, FacatativáCorreo electrónico [email protected] de identificación Cedula de ciudadanía Nº 1070956180Función en el proyectoDedicación horas semanales 6Numero de meses 4Vínculo en el proyecto

(Asesor(a) del Proyecto) de _____

Primer apellidoSegundo ApellidoNombre(s)Tipo de vinculación con la Universidad

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Código del formatoFI-FTO-01

Versión 001Agosto 2015


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PaísProfesiónDirección y/o Teléfono y celularCorreo electrónicoTipo de identificación Nº Función en el proyectoDedicación horas semanalesNumero de mesesVínculo en el proyecto

3. PALABRAS CLAVE- Máximo cinco (Total: 5 )

Micro-red, Optimización,

4. RESUMEN EJECUTIVO

La idea con este proyecto es poder modelar en software con datos introducidos, y poder determinar curvas de carga y generación, a partir de esto hacer un despacho óptimo de energía para la zona escogida.Para esto se necesita, desarrollar y llevar a cabo un modelo de micro red aplicado a una zona aislada del país. Un concepto importante para entender el tema de la micro-red es el tema de Smart Grid, el cual nace con la necesidad de remplazar el tipo de redes tradicionales en donde los clientes o la carga final es estática y la fuente de generación es principalmente el petróleo o alguno de su derivado y la energías renovables son un fuente suplementaria, otro aspecto importante es que en la red solo se maneja una sola dirección del flujo de potencia es decir el flujo va de la generación a la carga; con el tema de Smart Grid se busca remplazar estos métodos de transporte y consumo de energía e invertir los papeles de la generación de manera que la fuente de energía a base de hidrocarburos sea una fuente suplementaria y la verdadera fuente potente sean las energías renovables, estableciendo así un doble flujo de potencia en donde el consumidor o la carga final sea dinámica y se haga participe del proceso de generación y consumo de energía.Para desarrollar lo anteriormente planteado se debe tener en cuenta varios aspectos como los incentivos al consumidor final por parte del gobierno, son temas que actualmente en Colombia no están muy claros, sin embargo en la ley 1715 se plantea algunos limitantes relacionados con la autogeneración y los incentivos para el nuevo consumidor de una smartgrid; dentro de la parte técnica se ven varias etapas de una micro red, en la parte de generación se debe usar una energía renovable como el viento o el sol para esto se debe manejar un índice de incertidumbre ya que este tipo de fuente no es siempre la misma y depende de muchos factores, por otro lado se debe establecer el flujo de potencia hacia la carga y viceversa.

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5. MARCO DE REFERENCIA

5.1 Marco Teórico:

Micro Red.En la revisión bibliográfica que hace [1] la define como un componente importante de una smartgrid que es capaz de autoabastecerse y forma parte de una red de distribución. En [2] un conjunto de cargas eléctricas, elementos de generación distribuida (eólica, fotovoltaica y micro turbina, entre otras) y elementos de almacenamiento (baterías, y aire comprimido, entre otros), que conectados a la red eléctrica a través de un único punto de conexión, llevan a asociado el intercambio de potencia con la red general de suministro. Las micro redes tienen entonces una combinación de energías renovables y convencionales, se presentan de presentan de manera autónoma; el modo de operación durante el día es generar lo necesario demandado por la carga y si es posible enviar energía sobrante a la red y en la noche cuando la demanda se ve reducida almacenar la energía sobrante. En (fig.1) modelo de micro red, en este tipo de sistemas se busca la flexibilidad del mismo por medio de la electrónica de potencia, garantizando de este modo el suministro eléctrico a un usuario final y además la operación de toda la red. Dentro de los elementos presentes en una micro red se pueden destacar:

Una red de distribución de baja tensión a la cual se conecta una serie de fuentes de energía distribuida.

Infraestructura de comunicación local. Sistema para el almacenamiento de energía. Sistema jerárquico de gestión y control. Controladores inteligentes para centro de carga y consumo.

Fig.1 sistema de una micro red Fuente: [1]

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Baterías.

Son dispositivos que almacenan energía en forma electroquímica, se fabrican en distintos tamaños y capacidades que van desde 100W a varios MW, la eficiencia operativa de una batería se da entre 60% - 80%, dependiendo del ciclo operativo y el tipo de usado internamente en las baterías. Las baterías más comunes son las de plomo acido, níquel – hierro, níquel – cadmio, níquel hidruro metálico y las más evolucionadas las ion de litio; tal como se muestra en la fig.2 ha habido un significativo aumenta en la densidad de energía de las baterías, siendo la primera la que posee un ciclo limitado y su costo es bajo, a medida que aumenta en la escala el precio y el ciclo aumentan, esto nace a raíz de nuevas combinaciones de elementos químicos donde el principal objetivo es aumentar la densidad de potencia a un menor costo.

Fig.2 evolucion de las baterias.

ESS (Energy Storage Systems).

Las baterías que se mencionaba anteriormente son relativamente buenas, sin embarga el uso de baterías en una micro red es un poco más exigente, por lo tanto se han empezado a implementar las denominadas ESS, estos sistemas son más dinámicos ya que presentan una mejor comunicación con el resto de la micro red, gracias a los sistemas de potencias asociados a ellos, también presentan una mayor densidad de energía; en la fig.3 se puede observar los principales ESS y sus características técnicas.

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fig.3 características técnicas de E.S.S

5.2 Marco Conceptual5.2 Marco Legal.

La ley 1715 [3], la cual se radica el 13 de mayo de 2014, Por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al Sistema Energético Nacional, esta ley consta de 10 capítulos y 44 artículos en los cuales se tiene un primer acercamiento respecto a la normatividad de este tipo de energías en el país, a lo largo de la ley definen al usuario que aporta a la autogeneración como persona natural o jurídica dando a cada uno un tipo de incentivos dependiendo de su autogeneración, esta ley también limita o propone los tópicos de autogeneración hasta 5MW, para una persona natural y de esta cantidad hacia arriba para personas jurídicas, también da ciertos reglamento para poder llevar a cabo este tipo de generación.

IEEE 2030

Fue publicado en 2011 para tratar, la interoperabilidad de redes inteligentes, como punto de partida para toda una gama de red inteligente estándar. Otras extensiones de la norma IEEE 2030 incluirán directrices para los sistemas de almacenamiento de energía conectadas a la red inteligente, las infraestructuras de transporte eléctrico conectado con los procedimientos de red inteligente y la prueba de este tipo de equipos.

IEC 6197. (CIM) 2007

Proporciona un conjunto de directrices y capacidades generales de infraestructura necesarias para la aplicación de los estándares de interfaz EMS-API. Define el modelo de información común (CIM) conjunto base de paquetes que proporcionan una vista lógica de los aspectos físicos de un sistema de gestión de la energía, incluyendo SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition).

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6. ANTECEDENTES (Estado del Arte)

Renewable and Sustainable Energy Reviews. [4]

En este artículo presentan los nuevos conceptos de gestión de la energía como la planificación descentralizada, la conversación de la energía a través de mejores tecnologías, planificación integrada de energía y la introducción a las energías renovables también plantean los diferentes tipos de modelos como modelos de planificación energética, los modelos de oferta y demanda de energía, modelos de predicción, los modelos de energía renovable, los modelos de reducción de emisiones, los modelos de optimización; como conclusión para este articulo el autor menciona lo estratégico que es el uso de este tipo de modelos integrados, es decir que lo ideal es tener una planificación energética y además tener aplicación de energías renovables y métodos de optimización, con esto este tipo de modelos serán más eficientes que los tradicionales.

Sizing of Battery Energy Storage for Micro-grid Considering Optimal Operation Management. [5]

El objetivo de este artículo es encontrar el dimensionamiento óptimo de BESS (Battery energy storage system) para un micro red, teniendo como restricciones o condiciones la capacidad de la batería y sus despacho optimo, con esto buscan también minimizar los costos de la micro red, en el desarrollo del articulo presentan la configuración de una micro red y las estrategias para lograr un despacho económico, formulan la capacidad de la batería según el dimensionamiento del problema por ultimo plantean un modelo efectivo de solución.Como conclusión el modelo propuesto y el método del documento pueden ser más racional y eficaz en el dimensionamiento de la capacidad BESS, y que también proporciona una referencia para configurar la capacidad de almacenamiento de energía en el sistema de micro-red.

The Role of Battery Systems and Expandable Distribution Networks for Smarter Grid.[6]

En este artículo los autores inicialmente comentan de la importancia que se ha dado a las energía renovables como nuevas fuentes de energía, resaltan la necesidad de mitigar las emisiones de CO2 y comenta que en Japón ya se ha establecidos varias políticas concretas sobre este tema, lo que ellos quieren incorporar es una red local autónoma e independiente que sea ampliable y flexible, ellos la denominan “cluster”, pero para esto hace énfasis en que es de suma importancia el tema de las baterías dentro de algunas razones para usarlas mencionan: nivelación de carga, La mitigación de las fluctuaciones causadas por las energías renovables, Mejora de la calidad de la energía, Fuente de alimentación de emergencia, Control de tensión en la red distribuida.Como conclusión; El papel y el funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía de la batería ( BESS ) debe ser expandible, también discuten las redes de distribución y los modelos dinámicos de la red ampliable, las simulaciones por ordenador son desarrollados por MATLAB / Simulink, con la propiedad de mantener la frecuencia y voltajes en el clúster.

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7. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

7.1 Descripción del Problema: la confiabilidad y flexibilidad que debe tener cualquier micro red se da garantizando una estabilidad optima del sistema, dicha estabilidad esa dada por varios factores; uno importante es la ubicación estratégica de los dispositivos de almacenamiento.

7.2 Formulación del problema.Es realmente importante la ubicación estratégica de las baterías en una micro red para garantizar la estabilidad del sistema?.

8. OBJETIVO GENERAL

Establecer una distribución de baterías adecuada para el funcionamiento y estabilidad de una micro red

8.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS, DELIMITACION Y JUSTIFICACION

8.1.1 Objetivos Específicos

Modelar una micro red en software, introduciendo parámetros de flujos de carga para la micro red.

Implementar a la micro red modelada, baterías en posiciones estratégicas para el desempeño óptimo de las mismas.

Evaluar las diferentes posiciones de las baterías, seleccionando la posición más óptima para la micro red propuesta.

8.1.2 Justificación y delimitación del proyecto:El tema de este proyecto es indispensable para cualquier micro red porque permite garantizar el funcionamiento de este tipo de redes, debido la importante función de las baterías, además el proyecto es realizado para establecer beneficios aparte de técnicos, económicos ya que cuando se cuenta con baterías se le da un mejor uso a la energía almacenada, por ejemplo usándola en horas pico, cuando la energía es más cara.

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9. METODOLOGÍA (Presentarlo por fases, anexando un diagrama de flujo)

Fase 1: Recolección de información de distintas fuentes como libros, revistas, artículos y en especial información de países en donde sobresalgan con este tema.

Fase 2: Estudio y análisis de los tipos de Micro Red aplicado a sistema con almacenamiento de energía, de esta manera seleccionar micro red

Fase 3: análisis de datos técnicos como: flujos de carga, demanda neta, # de usuarios, tipo de usuario, etc.

Fase 4: Con el tipo de generación establecido, determinar cuales serán las baterías mas apropiadas para modelar en el software.

Fase 5: Revisión y selección del software para modelar, conociendo la biblioteca de baterías del mismo.

Fase 6: Modelar la micro red establecida, junto con posibles ubicaciones de las baterías.

Fase 7: análisis de la ubicación optima y desempeño de la configuración establecida.

10. FUENTES DE INFORMACION BIBLIOGRAFICA

[1] (Fossati, Revisión bibliográfica sobre micro redes inteligentes, 2011)

[2] (Montecelo, 2015)

[3] (Energia, por medio de la cual se regula la integracion de las energias renovables no convecionales al sistema energetico nacional, 2014)

[4] (Jebaraj, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2006)

[5] (Hao Xiao, Sizing of Battery Energy Storage for Micro-grid Considering Optimal Operation Management, 2014)[6] (R. Yokoyama, The Role of Battery Systems and Expandable Distribution Networks for Smarter Grid 2011).[7] (M. A. Hassan, 2011)[8] (Rosas, 2000)

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11. ANEXOS:

12. Cronograma

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