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CENER: Smart grids: El reto de las redes inteligentes

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Dña. Mónica Aguado Alonso, Directora del departamento de Integración en Red de Energías Renovables, CENER, presenta un ejemplo de Smart Grid desarrollada integramente por su entidad. La ponencia tuvo …

Dña. Mónica Aguado Alonso, Directora del departamento de Integración en Red de Energías Renovables, CENER, presenta un ejemplo de Smart Grid desarrollada integramente por su entidad. La ponencia tuvo lugar en el marco del encuentro CTE "Smart Cities: nuevos desafíos" en el transcurso de la Semana Navarra de la Ciencia 2012

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  • 1. ENCUENTRO CTE – “SMART CITY: NUEVOS DESAFIOS” SMARTGRIDS: EL RETO DE LAS REDES INTELIGENTES Dra. Mónica Aguado Alonso Pamplona, 15 de Noviembre 2012
  • 2. índice 1. Introducción 2. ¿Qué es una Smart Grid? 3. ¿Qué es una MicroGrid? 4. Atenea Microgrid 5. Conclusiones
  • 3. 1. Introducción
  • 4. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes 1. IntroducciónNuevo modelo de organización de las ciudades que permitiráuna gestión sostenible Economí Movilida a d Ciudad Inteligente basada en 6 ejes principales Entorno Gente Vida Gestión
  • 5. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes 1. IntroducciónConcepto novedoso aplicado a Administracione s publicas las ciudades – poblaciones Tecnologías de la información y Ciudadanos comunicaciones - TICs Eficiencia energética y sostenibilidad
  • 6. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes1. IntroducciónEl papel de CENER se centra en el aspecto de EficienciaEnergética y Sostenibilidad Eficiencia energética y  Demanda energética (eléctrica y térmica) sostenibilida d  Movilidad Eléctrica  Eficiencia Energética en Edificación
  • 7. 2. ¿Qué es una SmartGrid?
  • 8. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes2. ¿Qué es una SmartGrid?• El concepto de SmartGrid fue desarrollado en 2006 por la “European Technology Platform for Smart Grids” y hace referencia la concepto de redes eléctricas inteligentes integrando las acciones de todos los usuarios conectados: generadores, consumidores y ambos con el objetivo de conseguir un suministro mas eficiente, económico y seguro• Una smart grid incluye productos innovadores y servicios de manera conjunta con sistemas de monitorización, control y comunicación inteligentes, con el objetivo de:  Facilitar una mejor conexión y operación de los generadores (potencias y tecnologías)  Permitir a los consumidores participar en la optimización y operación del sistema  Proporcionar a los consumidores mas información y opciones para la elección del suministro de energía  Reducir de forma significativa el impacto medioambiental del sistema eléctrico  Mantener e incluso incrementar los elevados niveles actuales de fiabilidad, calidad y seguridad en el suministro  Favorecer el desarrollo de un mercado integral europeo
  • 9. 3. ¿Qué es una MicroGrid?
  • 10. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes3. ¿Qué es una MicroGrid? SmartCit y SmartGri SmartGri d d MicroGri Microgrid Microgrid d
  • 11. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes3. ¿Qué es una MicroGrid? El CERTS define la microrred como una agregación de cargas y microgeneradores operando como un sistema único que provee tanto energía eléctrica como energía térmica El proyecto del V programa marco “Microgrids” da la siguiente definición:“Las microrredes comprenden sistemas de distribución en baja tensión junto con fuentes de generación distribuida, así como dispositivos de almacenamiento. La microrred puede ser operada tanto en modo no autónomo como autónomo. La operación de sus elementos puede proporcionar beneficios globales al sistema si se gestionan y coordinan de manera eficiente”
  • 12. 4. Atenea MicroGrid
  • 13. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea - MicroGrid El Gobierno de Navarra se plantea como objetivo desarrollar el sector empresarial de la energía, concretamente el de la Generación Distribuída (DG) en Navarra, generando tecnología y conocimiento propios. Para alcanzar dicho objetivo, el Departamento de Innovación, Empresa y Empleo del Gobierno de Navarra y la Unión Europea, a través de fondos FEDER, financiaron el proyecto “Microrredes en Navarra: diseño, desarrollo e implementación”
  • 14. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Objetivo General El objetivo principal de este proyecto es el diseño de microrredes y sus estrategias de control para permitir el funcionamiento óptimo de sus diferentes elementos, añadiendo nuevas funcionalidades, asegurando el suministro eléctrico en modo aislado, atenuando las perturbaciones en modo conectado y colaborando en el mantenimiento de la estabilidad de la red
  • 15. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: MetodologíaCener ha desarrollado su propia Dimensionamientmetodología de microrredes o Definición de Implementación equipos e y validación final instalaciones Definición de Definición de protocolos de estrategias de comunicación control Simulaciones
  • 16. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Objetivos Específicos Gestión de la potencia generada en cada momento para asegurar el suministro demandado. Lograr que toda la potencia consumida provenga de fuentes renovables. De esta manera se promueve la independencia energética de nuestras instalaciones. Proteger las instalaciones respecto a fallos de la red o de la microrred. Enviar el exceso de energía generada a la red, logrando que la microrred sea una parte activa en la red de distribución.
  • 17. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Localización Sangüesa SPAIN
  • 18. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Descripción Microrred orientada a aplicaciones industriales Arquitectura AC con una potencia de mas de 100 kW Cubre parte de los consumos eléctricos del Laboratorio de Ensayo de Aerogeneradores - LEA- y del alumbrado del polígono industrial Rocaforte También puede ser utilizada como banco de ensayos para nuevos equipos, sistemas de generación, almacenamiento de energía, estrategias de control y sistemas de protección Puede operar en modo aislado y en modo conectado a la red
  • 19. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Descripción
  • 20. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Equipos GENERACIÓN G- Instalación Fotovoltáica 25 kWp G- Generador Diesel 55 kVA y Microturbina de Gas 30 kWG- Turbina eólica 20 kW (además del aprovechamiento térmico) full-converter
  • 21. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Equipos SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO S- Baterías de Plomo-Ácido, 50 kW x 2 horas S- Batería de flujo, 50 kW x 4 horas
  • 22. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Equipos CARGASL- Cargas trifásicas 120 kVA L- Luminaria del polígono L/S- Vehículo eléctrico industrial y oficinas - LEA -
  • 23. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Equipos Sistemas de almacenamiento (en desarrollo) - Supercondensadores 30 kW, 45 s - Supercondensadores 10 kW, 4 s - Baterías de Ión-Litio Cargas (en desarrollo) - Transpaleta eléctrica
  • 24. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Equipos CONTROL Y SISTEMA DE GESTIÓN
  • 25. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Sistema de ControlPANEL PRINCIPAL DE CONTROL  Diseño e implementación a cargo de CENER  Sistema basado en Siemens PLC S//300 Instalación robusta Ampliamente probado y utilizado en entornos industriales Desarrollo de Software a cargo de CENER } Aplicación para la gestión de la energía } Aplicación para el control de los equipos
  • 26. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes 4. Atenea – MicroGrid: SCADASISTEMA SCADA  Diseño e implementación a cargo de CENER  Desarrollado mediante la herramienta Siemens Simatic WinCC  Acceso a través de internet  Posibilidad de controlar toda la instalación en tiempo real  Posibilidad de mostrar parámetros funcionales en tiempo real  Almacenamiento de datos en servidores internos
  • 27. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Comunicaciones Servidor y armario de comunicaciones  Almacenamiento de datos en servidores de CENER  Integrado en la red de CENER  Acceso desde cualquier punto (tanto desde CENER como desde un punto externo)Conversor de Fibra Óptica a Ethernet Módulos MODBUS
  • 28. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes 4. Atenea – MicroGrid: Simulaciones t Clock 13 v Paero Paero i Qaero 14 A A Kaero com A a b cálculo potencias Vabc A Iabc a b B Qaero [Paero ] Aerogenerador [Vabc ] Perfil _viento Objetivos: B B B C 0 c C C C c Plimite _aero Acometida aerogenerador Contactor Aerogenerador  Validación de la gestión del sistema Pfotov 15 v Pfotov i Qfotov 16 cálculo Qfotov Paneles fotovoltaicos 48 potencias 2 Va_red _conectado [P_fotov ] Plimite _fotov 42 49 Pa_red _conectado Vabc A Pot _Fotov 30 min Kfotov com a Iabc Vb _redconectado 45 B A A A a [Vabc ] Qa _red _conectado b b 50 B B B C Pa_red c 0 Vc_redconectado PQ_A 43 C C c C Pa_Pb [Vabc ] Vabc P_Q_Fase_A Qa_red Pb_red _conectado Acometida photovoltaica Contactor fotovoltaica 17 Pb_red Iabc P_Q_Fase_B PQ_B 46  Desarrollo de diferentes estrategias de gestión de la Qb_red Qb_red _conectado [Pmed _Pb_faseA ] Pc_red Fr Freq _fases _abcP_Q_Fase_C 20 PQ_C Qc_red 44 Pa_Pb Frecuencia de la red Pc_red _conectado Vabc 18 Qa _Pb Medidor P _Q Monofasico 2 Qa_Pb por fases 3 Filtrado 1 Pb_Pb 47 Pb_Pb Qc_red _conectado [Pmed _Pb_faseB ] Iabc Qb_Pb Pc_Pb 21 Fr 19 Qb _Pb Kgeneradores com Freq_fases _abc Qc_Pb energía a Pc_Pb A Vabc Frecuencia de la red A aislado com a Vabc A A Medidor P _Q Monofasico [Pmed _Pb_faseC ] Iabc Iabc b por fases A a A a B B 22 N B B a b b b b C c SOC _Pb Qc_Pb B B c C C C Modulo de baterias Pb c c C 35 c C Vbat_elevador Red Electrica C SOC_bat_Pb [Vbat _elevador ] Medición Lado Alta SDS P_carga_faseA Pbat _Pb_A Trafo [SOC _bat _Pb] Q_carga_faseA Qbat _Pb_A [VDC_bat _Pb] Vdc_bat_Pb P_carga_faseB Pbat _Pb_B Q_carga_faseB Qbat _Pb_B Fase A P_carga_faseC Pbat _Pb_C Vabc A Q_carga_faseC Qbat _Pb_C  Predicción de las respuestas del sistema ante Iabc Kbat _Pb com a Vabc [Vabc ] a B Fase B A A A Pmed_faseA b b [Pmed _Pb_faseA ]Pa_cargas _LEA B B B C Pmed_faseB c [Pmed _Pb_faseB ] C C C c Fase C Pmed_faseC 1 [Pmed _Pb_faseC ]Qa _cargas _LEA Acometida batería Pb Contactor baterias Pb 4 Pa_carga_LEA PQ_A diferentes eventosPb_cargas _LEA Qa_carga_LEA P_Q_Fase_A Vabc 2 Pb_carga_LEAQb _cargas _LEA PQ_B P_Q_Fase_B Iabc Qb_carga_LEA 37 5 Va_red _aisladoPc_cargas _LEA P_Q_Fase_CFreq _fases _abc Fr Pc_carga_LEA 23 38 3 Qc_carga_LEA PQ_C Medidor P _Q Monofasico 4 Frecuencia de la red [Pmed _flujo _faseA] Pa_flujoQc_cargas _LEA por fases 4 Vb_red _aislado 6 Filtrado 2 39 26 Vc_red _aislado Qa_flujo Sistema _ Cargas _LEA Vabc Pa_flujo 24 Vabc Qa_flujo Pb_flujo Pb _flujo _cargas _LEA _30 m [Pmed _flujo _faseB ] A Iabc Qb_flujo _cargas _LEA _30 m Pc_flujo 27 Iabc Acometida Cargas LEA [Pmed _flujo _faseC] Contactor Cargas LEA Freq_fases _abc Qc_flujo Qb_flujo Fr _cargas _LEA _30 m 25 A A com Kcargas _LEA Frecuencia de la red Medidor P _Q Monofasico 3 a a Pc_flujo _cargas _LEA _30 m B por fases 1 28 _cargas _LEA _30 m A Modulo de baterias Flujo Qc_flujo b B B b _cargas _LEA _30 m SOC_flujo Pbat _flujo _A B C 0 [Vabc ] 36 c Pbat _flujo _B Pa _cargas _Pol C c C C 0 7 Vabc A Pbat _flujo _C Qa_cargas _Pol Kbat _flujo com Iabc Pa_carga_Pol a 0 PQ_A B 10 a Qa_carga_Pol A A A [Vabc ] Pb _cargas _Pol P_Q_Fase_A Vabc b b B B B C [Pmed _flujo _faseA] 8 Pb_carga_Pol c Qb_cargas _Pol PQ_B P_Q_Fase_B Iabc c [Pmed _flujo _faseA] C C C Qb_carga_Pol [Pmed _flujo _faseA] 11 Contactor bateria Flujo P_Q_Fase_CFreq _fases _abc Fr Acometida batería Flujo Pc_cargas _Pol Pc_carga_Pol 9 Qc_carga_Pol PQ_C Medidor P _Q Monofasico 5 Frecuencia de la red Qc _cargas _Pol por fases 5 12 Filtrado 3 Sistema _ Cargas _Alumbrado _Poligono Vabc _cargas _Pol _30 m A a_cargas _Pol _30 m Iabc Acometida Cargas Poligono Contactor Cargas Poligono _cargas _Pol _30 m A A com Kcargas _Pol a a b_cargas _Pol _30 m B c_cargas _Pol _30 mi A b B B b 40 c_cargas _Pol _30 m v Paero B PGdiesel C [Vabc] Qaero c i c 41 C C C cálculo QGdiesel potencias 1 Dnerador Diesel [PGdiesel ] P_Gdiesel _refPa_cargas _Prog 29 Vabc AQa _cargas _Prog KGdiesel com Iabc Pa_carga_Prog a Q_Gdiesel _ref 30 PQ_A B aPb_cargas _Prog Qa_carga_Prog A A A P_Q_Fase_A Vabc b b 31 B B B CQb _cargas _Prog Pb_carga_Prog c PQ_B P_Q_Fase_B Iabc c [Vabc ] C C C 32 Qb_carga_ProgPc_cargas _Prog Acometida Generador Diesel Contactor Generador Diesel P_Q_Fase_C Freq_fases _abc Fr Pc_carga_Prog 33 Qc_carga_Prog PQ_C Medidor P _Q Monofasico 6 Frecuencia de la redQc_cargas _Prog por fases 6 34 Filtrado 4 Sistema _ Cargas _Programables Cuadro Cargas Programables Vabc A Iabc Acometida Cargas Programables Contactor Cargas Programables A A com Kcargas _prog a a B A b B B b B C [Vabc] c C c C C
  • 29. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Simulaciones
  • 30. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Software- Simular aceleradamente el comportamiento de una smartgrid- Validar que la estrategia de gestión cumple los objetivos fijados- Optimizar el diseño de la instalación en fases iníciales
  • 31. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes4. Atenea – MicroGrid: Software Carga estrategia gestión Optimización Estado de carga de la batería Potencia Generada PV
  • 32. 5. Conclusiones
  • 33. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes5. Conclusiones SmartGrids SRA 2035 establece que el desarrollo en este campo debe ir dirigido a la consecución de los objetivo en Europa mas allá de los fijados para 2020:  Una reducción del 80% de las emisiones para 2050  Producción energía prácticamente independiente de combustibles fósiles El desarrollo de las SmartGrids debe de contribuir para:  Alcanzar el objetivo de incrementar la generación a partir de renovables hasta alcanzar en 2020 un 34% del total de la energía consumida de Gestión de la potencia generada en cada momento para asegurar el suministro demanda  Mantener el alto nivel de calidad y seguridad en el suministro considerando la participación de la generación distribuida  Crear un sistema mas controlado e inteligente  Conseguir un consumo mas eficiente  Integrar sistemas de almacenamiento
  • 34. www.cener.comDepartamento de Integración en Red de Energías Renovables Mónica Aguado Alonso, PhD. e-mail: maguado@cener.com Tel.: +34 948 25 28 00

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