Ejercicio HOMER- Ing Barragan MEXICO

Ing. Juan Manuel Barragán González

GRUPO

SEAS, Centro de Formación Abierta

Ing. Juan Manuel Barragán González

GRUPO FUNDACIÓN SAN VALERO


ZARAGOZA

Ing. Juan Manuel Barragán González 1


Práctica con software HOMER Tecnologías de Hidrógeno y Pilas de Combustible

Juan Manuel Barragán González

Noviembre 2012

FUNDACION SAN VALERO


ZARAGOZA


1. INDICE

Introducción, el problema a resolver…………………………………………………….

1. El paso a paso……………………………………………………………………….…………….

I. Ventana de inicio

II. Ingreso de componentes

III. Pantalla de componentes

IV. Ingreso de las cargas

V. Configuración de dispositivos

VI. Electrolizador

VII. Baterias

VIII. Paneles fotovoltaicos

IX. Aerogenerador

X. Tanque de hidrógeno

XI. Pila de combustible

XII. Inversor

2. Recursos………………………………………………………………………..…………………….….

I. Radiación Solar

II. Recurso Eólico

3. Resultados de optimización………………………………………………………………………

I. Constraints

4. Comentario final y análisis…………………………………………………………………………

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PRACTICA CON SOFTWARE HOMER

INTRODUCCION

El problema a resolver

Se va a analizar el sistema aislado (sin conexión a red) de generación eléctrica del

edificio de la Fundación del Hidrógeno (Walqa, Huesca). Está compuesto por los

siguientes equipos, algunos de los cuales hay que optimizar:

1. Fotovoltaica: 10 kW.

2. Eólica: 1 kW.

3. Baterías: 2000 A durante 100 horas.

4. Inversores: 1 de 6,6 kW cada uno1.

5. Una carga del edificio a estudio.

6. Pila: Es uno de los elementos que se busca optimizar en el rango (0,5 – 4 kW).

7. Electrolizador: Es otro de los elementos que se busca optimizar en el rango (0,5 –

5 kW).

8. Depósito de hidrógeno: Se trata del tercer componente a optimizar (1 – 5 kg).

1 En verdad en el sistema hay dos inversores de 3,3 kW, pero para HOMER es lo mismo que decirle que hay

uno colocado de 6,6 kW.


1. El paso a paso

I. Despues de obtener el programa, procedí a instalarlo y al ejecutarlo me

mostró la ventana de inicio.

II. Enseguida según el instructivo procedí a ingresar los componentes

que configuraran el sistema y que habrán de ser optimizados, esto se

logra oprimiendo el botón Add/Remove y seleccionamos cada uno de

los dispositivos.


III. Esta es la pantalla resultante despues de seleccionar los componentes

del sistema


IV. Enseguida se ingresan los datos de las cargas, que no es otra cosa que

la potencia necesaria para sostener el consumo eléctrico hora tras hora

durante las 24 horas del dia.

Hora Potencia

(kW)

Power (kW)

0-1 1,2 1.2

1-2 1,2 1.2

2-3 1,2 1.2

3-4 1,2 1.2

4-5 1,2 1.2

5-6 1,2 1.2

6-7 1,2 1.2

7-8 1,2 1.2

8-9 3,6 3.6

9-10 4,0 4.0

10-11 4,5 4.5

11-12 5,4 5.4

12-13 5,5 5.5

13-14 4,1 4.1

14-15 4,1 4.1

15-16 4,3 4.3

16-17 4,8 4.8

17-18 5,0 5.0

18-19 2,0 2.0

19-20 1,2 1.2

20-21 1,2 1.2

21-22 1,2 1.2

22-23 1,2 1.2

23-0 1,2 1.2


Pantalla de cargas antes de configurar

Cargas configuradas


V. Posterior al ingreso de las cargas, procedemos a configurar uno a uno

los equipos que conforman el sistema, se configuran según el

dispositivo: los costos de adquisición, de reposicion, de mantenimiento,

tamaño, cantidad, calidad, capacidad, eficiencia, tiempo de vida, carga

de inicio, coordenadas de ubicación geográfica, etc.

VI. Configuración del electrolizador

Size (Tamaño) (kW): 3,0;

Capital (Capital) ($): 50 000,00

Replacement (Reemplazo del equipo) ($): 50 000,00

O&M (Coste de operación y mantenimiento) ($/yr; $/año): 400,00

Lifetime (Esperanza de vida) (years; años): 10

Efficiency (Eficiencia) (%): 45

Sizes to consider (Tamaños a considerar) (kW): 0,5; 1,0; 3,0; 4,0; 5,0.

Electrolizador configurado


VII. Configuración de las baterías

Batterie type (Tipo de batería): Hoppecke 16 OPzS 2000

Quantity (Cantidad de baterías): 24




Bateries to consider (número de baterías a considerar): 24.

Batteries per string (Baterias por linea): 1

Initial state of charge (Porcentaje inicial de carga) (%): 100

Baterías configuradas


VIII. Configuración de los Paneles Fotovoltaicos

Size (Tamaño) (kW): 10




Sizes to consider (Tamaños a considerar) (kW): 5; 10; 15.

Output current (Corriente de salida): DC (Corriente continua, CC)

Lifetime (Tiempo de vida) (years; años): 25

Derating factor (Factor de sobrepotenciación2) (%): 80

Slope (Pendiente de los paneles) (degrees; grados): 35

Azimuth (Acimut) (degrees; grados): -3

Ground reflectance (Reflectancia del suelo) (%): 20

Tracking system (Sistema de seguimiento): No tracking (Sin seguimiento)

Paneles Fotovoltaicos configurados

2 Factor por el cual el sistema se sobredimensiona. Si el factor es del 80 %, se sobredimensiona el 20%.


IX. Configuración de Aerogenerador

Turbine type (Tipo de turbina): Generic 1 kW

Quantity (Cantidad): 1




Sizes to consider (Tamaños a considerar) (Quantity; Cantidad): 1.


Hub height (Altura de buje3) (m): 20

Aerogenerador configurado

3 Altura del rotor de las aspas.


X. Configuración del tanque de Hidrógeno

Size (Tamaño) (kg): 5




Sizes to consider (Tamaños a considerar) Size (Tamaño) (kg): 1; 2; 3; 5.


Initial tank level size (Porcentaje de llenado inicial) (%): 10

Tanque configurado


XI. Pila de combustible

Las pilas de combustible están consideradas como elementos generadores en el

programa HOMER. Para poder considerar a estos elementos como Pilas de

combustible se ha de cambiar previamente el combustible a emplear y después

ingresar los datos correspondientes.

Size (Tamaño) (kW): 2



O&M (Coste de operación y mantenimiento) ($/hr; $/hora): 0,010

Sizes to consider (Tamaños a considerar) Size (Tamaño) (kW): 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0.

Type (Tipo): DC (CC)

Lifetime (Tiempo de vida) ( horas de funcionamiento): 15 000,00

Minimun load ratio (Porcentaje mínimo de carga) (%): 30

Selección de tipo de combustible


Hidrógeno seleccionado como combustible

Pila configurada


XII. Inversor

Size (Tamaño) (kW): 6,6



O&M (Coste de operación y mantenimiento) ($/yr; $/año): 100

Sizes to consider (Tamaños a considerar) Size (Tamaño) (kW): 6,6



Capacity relative to invertir (Capacidad relativa al inversor) (%): 100


Inversor configurado


2. Recursos

Tras definir los elementos que componen el edificio, así como las cargas del mismo,

se han de considerar los recursos que proveen la energía, en este caso viento y sol.

Para ello en la ventana principal aparecen dos iconos que hacen referencia a los

recursos, tras pulsar sobre ellos se puede acceder a sus menús correspondientes

I. Radiación solar

Latitude (Latitud): 42º 8’ N

Longitude (Longitud): 0º 24’ W

Time zone (Zona horaria): GMT +1

Data source (Fuente de datos): Enter monthly average (Introducción de media

mensual)

Mes Daily radiation

(Radiación diaria)

(kWh/m2/d)

January (Enero) 1,70

February (Febrero) 2,43

March (Marzo) 3,78

April (Abril) 4,62

May (Mayo) 5,57

June (Junio) 6,23

July (Julio) 6,32

August (Agosto) 5,54

September

(Septiembre)

4,53

Octuber (Octubre) 3,03

November (Noviembre) 1,94

December (Diciembre) 1,50


Recurso solar configurado


II. Recurso Eólico

Data source (Fuente de datos): Enter monthly average (Introducción de media mensual)

Mes Wind Speed

(velocidad de

viento) (m/s)

January (Enero) 2,620

February (Febrero) 2,920

March (Marzo) 2,650

April (Abril) 3,330

May (Mayo) 2,670

June (Junio) 2,850

July (Julio) 2,810

August (Agosto) 2,540

September (Septiembre) 2,690

Octuber (Octubre) 2,580

November (Noviembre) 2,770

December (Diciembre) 2,730

Recurso eólico configurado


Aparece una advertencia

La advertencia nos indica que hay un cierto calor residual del generador, en este caso la

pila de combustible, y que no hay una carga que se sirva de ese calor, que sumemos al

sistema una carga para ese calor o que cambiemos el valor de recuperación de calor

residual a cero en el generador, por lo que se procede a poner en cero ese valor.


La advertencia ha desaparecido y entonces nuestro programa ya ha sido cargado con los

datos adecuados para poder realizar los calculos y la optimización del sistema, al estar

todo listo se obtiene la siguiente pantalla.


3. Resultados de optimización

Cuando se han introducido todos los datos de la instalación se procede a la

realización de los cálculos. Para ello se ha de pulsar sobre el botón Calculate y la

barra de progreso se empieza a llenar, pero….

I. Constraints. Ahora nos aparece otra advertencia

Se nos sugiere modificar las limitaciones del sistema (constraints), Si se ponen los

valores de Maximum annual capacity shortage al 100% (punto 6) se permitirá a los

elementos que se han empleado, almacenar energía hasta el 100% de su

capacidad.


Constraints sin modificar

Ventana de Constraints modificada


Cuando se han introducido los cambios en la ventana constraints se procede de nuevo a

la realización de los cálculos, y……. ¡BINGO!, ……¡¡¡HOMER HA ENCONTRADO UNA

SOLUCION OPTIMIZADA para nuestro sistema !!!

Aunque ya se ha encontrado una solución, nos hace cuatro advertencias o señalamientos

sobre posibles insuficiencias en los “espacios de busqueda”(?) de los componentes del

sistema.


Ahora que ya contamos con una solución, damos doble click en cualquiera de los iconos

de los resultados de la simulación y se nos generará el reporte final, que es el que nos

ocupará para ser analizado.

4. Comentarios

El reporte final nos arroja el VAN del sistema, los costos iniciales, los costos

operativos, costos por reemplazos de componentes, que componentes son los que

producen, cuanto se produce, etc., en realidad este tipo de software son herramientas

invaluables, ya que te dan una idea muy aproximada a la realidad de lo que necesitas

saber y de lo que necesitas invertir para lograr un sistema de calidad óptima y de

eficiencia máxima.

En esta parte del reporte, podemos

observar como se conforma el sistema,

de que tamaño, que cantidades y

capacidades debe tener cada elemento

Aquí podemos ver el VAN, los costos

operativos anuales y el costo

normalizado de la energía producida.


Esta gráfica nos muestra como se desglosa el VAN o Costo Neto Actual y

que componentes son los que participan en cada partida de dinero, capital

inicial, reemplazos, costos operativos, combustibles y la parte salvable.

En la tabla siguiente observamos lo mismo pero en números.


A lo largo del informe podemos ver los flujos de dinero a traves de los 25 años de vida del

sistema, la aportación eléctrica mensual de cada uno de los componentes involucrados en la

generáción, es ahí en donde se alcanza a visualizar que la pila de combustible no participa (¿?),

cosa que se comprueba al observar las tablas y la grafica en la parte inferior de esta página.


A través del informe se ven muchos detalles, así como se observa que el arreglo electrolizador-

pila de combustible no se llega a necesitar, es notorio como los paneles fotovoltaicos son los

principales actores en la producción y como las baterias permanecen cargadas casi todo el año, a

excepcion del mes de enero, mes considerado como crítico y que vuelve al sistema inestable.


Por el momento es una gran parte de lo que puedo concluir, pudiera seguir analizando y

encontrar muchas cosas que me permitieran re-diseñar el sistema hasta lograr el más

eficiente y el más económico, lástima que el tiempo ahorita no me lo permite, pero ya

inmersos en estos temas el seguir practicando y buscando alternativas se convertirá en

algo indispensable en un futuro no muy lejano, o ¿acaso será ya indispensable en este

presente?, me parece…. ¡que sí!.

Juan Manuel Barragán González

Jala, Nayarit. MEXICO

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