Uso de la energia electrica

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Uso de la energia electrica

  1. 1. Resumen Sin duda, la energía eléctrica es la forma de energía más ampliamente usada en lasactividades económicas y sociales de nuestro mundo moderno. Por ello, se puede decir que lascompañías generadoras y distribuidoras de electricidad asumen dos retos de relevantepreocupación actual. Uno es generar con mayor eficiencia, menor costo y con un mínimo impactosobre el medio ambiente. El segundo es cumplir con la calidad del suministro, que ha llegado aser un punto importante tanto para los usuarios como para las compañías que distribuyen laenergía eléctrica, y que se refleja en una distribución y un consumo de energía más eficiente. El trabajo de tesis que se presenta, describe un sistema fotovoltaico (SFV) interconectadoa la red eléctrica que ayuda a superar los retos citados. Este SFV tiene la función de recibir laenergía solar entregada por un arreglo de celdas FV; operar en el punto máximo de potencia delas celdas (para mayor aprovechamiento de la energía captada); acondicionarla a una señalalterna, dentro de los parámetros técnicos normativos para la interconexión eléctrica (establecidospor la compañía; CFE en México); e inyectarla a la red eléctrica con el propósito de compensarpotencia reactiva (filtrado activo) demandada por cargas lineales y no lineales, reduciendo lacontaminación de la red eléctrica; además de compensar potencia activa en los picos de demandade energía eléctrica máxima. El sistema funciona como filtro activo durante todo el día, lo quepermite que la capacidad de potencia instalada por el equipo se aproveche al máximo y nosolamente durante el periodo del día en que se dispone de la radiación solar. Las principales ventajas que se tienen son: implementación sencilla, robusta y con altainmunidad a la variación de parámetros. En las funciones de filtro activo, las señales dereferencia necesarias para modular el inversor, se obtienen utilizando la técnica de cancelación deinterferencia adaptiva. Esta técnica mantiene al sistema en el mejor estado funcional, mediante uncontinuo autoajuste ante cambios en los parámetros de operación, generando resultadosimportantes y satisfactorios. Además, simultáneamente el SFV utiliza, en el seguimiento delpunto de máxima potencia, la técnica de “perturbar y observar”, la cual ofrece un alto desempeñoen la inyección de potencia activa. i
  2. 2. Introducción Hasta el momento la mayoría de los inversores existentes en el mercado que se diseñanpara la interconexión de fuentes de energía renovable a la red eléctrica, que no afectan la calidadde la red y que además ofrecen varias prestaciones técnicas. Sin embargo, no contemplan dentrode su filosofía de operación, mecanismos que permitan contribuir con la calidad de la redeléctrica en el punto de interconexión; es decir contribuir a elevar el factor de potencia y a reducirla contaminación armónica debido a las cargas eléctricas del usuario. Las razones por las que nose contempla esto todavía, puede deberse por un lado, al costo adicional que involucra el tenerque implementar las técnicas de control requeridas; y por el otro, al poco material existente entérminos de normatividad para este tipo de tecnología (en lo cual ya varios países se encuentrantrabajando arduamente). Por ello, el prototipo desarrollado en la presente tesis de maestría tienecomo principal importancia, no solamente inyectar potencia activa a la red (siguiendo el punto demáxima potencia FV); sino también elevar el factor de potencia y reducir la contaminaciónarmónica en el punto de interconexión, mediante un control robusto, sencillo y en consecuenciade bajo costo que utiliza la misma etapa de potencia. La organización de este trabajo de investigación comienza en sus primeros dos capítuloscon un enfoque general de la situación energética nacional, con la intención de dar una referenciaacerca de las áreas que resultan beneficiadas con este tipo de desarrollos tecnológicos; las cualeshan sido de gran preocupación en los últimos años. El enfoque será en términos de Calidad yAhorro de la Energía Eléctrica en el sector eléctrico y residencial, dadas las metas de estainvestigación. Por lo tanto, se comentan las medidas que se están tomando dentro de losdiferentes sectores consumidores de energía eléctrica en el marco de eficiencia energética. Seaborda el concepto de generación distribuida mediante energías renovables. También se muestrael rumbo de los SFV interconectados en México, así como las soluciones que éstos darían aserios problemas que enfrenta la compañía suministradora de electricidad, tanto por picos dedemanda máxima, como por calidad del suministro eléctrico. Se presenta también unadescripción sustancial de la Calidad de la Red Eléctrica, del impacto que ésta tiene ante lainterconexión de diversas cargas y de las soluciones técnica y económicamente viables utilizadas
  3. 3. CENIDET Introducción en la actualidad para mejorarla. Así mismo, se hace referencia a la normatividad nacionale internacional que rige los aspectos relacionados con este trabajo. En el capítulo III se tiene el diseño de la etapa de control. Se presentan las técnicasexistentes en la detección de las referencias para los filtros activos (FA), los fundamentos teóricosen los que se basa el control para proveer funciones de FA al sistema, un breve análisismatemático de su función de transferencia, y su implementación electrónica. Se describentambién las protecciones eléctricas del prototipo. En el capítulo IV se presenta el diseño de la etapa de potencia. En la primera parte semuestra un análisis teórico de la filosofía de funcionamiento del sistema, a lo largo del día.Posteriormente se presentan: los diseños e implementación de cada elemento (componentespasivos y dispositivos semiconductores de potencia), los compromisos y las consideracionespertinentes que se tomaron para obtener una eficiencia alta, tanto en su propio funcionamiento,como en su interacción con el conjunto red-usuario, así como las pérdidas en el inversor. En el capítulo V se tienen los resultados más representativos del trabajo de investigación.Se comienza separando dichos resultados en términos de compensación reactiva y activa, amanera de evaluar su comportamiento para cada caso. Se presenta también su desempeño condiferentes tipos de carga eléctrica (tanto cargas no lineales, como lineales), incluso su dinámicaante escalones de carga. En la última sección se presenta un análisis, en función de la produccióny pérdidas que se tendría en la interacción del prototipo con el binomio red eléctrica – carga(usuario de la red) en un determinado periodo, con la intención de mostrar el impacto tecnológicoque tiene para dicho binomio los SFV de este tipo. En el capítulo VI se presentan las conclusiones obtenidas a lo largo de la investigación,con la finalidad de poder evaluar los retos que se presentaron, así como las alternativas desolución que se tomaron para alcanzar los objetivos propuestos. Se plantean también los trabajosfuturos a desarrollar para mejorar el diseño, o bien para apoyar a otros posibles desarrollos. iv
  4. 4. TABLA DE CONTENIDOResumen iIntroducción iiCAPÍTULO I Antecedentes 1 I.1 Introducción 1 I.2 Uso de la energía eléctrica 3 I.2.1 Consumo de energía 3 I.2.2 Sector energía 4 I.2.3 Sector residencial 4 I.2.4 Administración de la demanda 4 I.3 Calidad de la red eléctrica 7 I.3.1 Generalidades 7 I.3.2 Perturbaciones de la red eléctrica 7 I.3.3 Cargas críticas 10 I.3.4 Responsables 11 I.4 Planteamiento del problema 12 I.4.1 Picos de demanda máxima 12 I.4.2 Contaminación armónica 14 I.4.3 Factor de potencia 15 I.4.4 Normatividad 16 I.5 Justificación 17 I.6 Revisión del estado del arte 17 I.6.1 Sistema fotovoltaico 17 I.6.2 Técnicas de detección de corrientes reactiva y armónicas 19 I.7 Aportaciones 20
  5. 5. CENIDET Tabla de ContenidoCAPÍTULO II SFV Interconectados a Red 21 II.1 Introducción 21 II.2 Aplicación de los SFV interconectados a red 22 II.2.1 Consideraciones para la interconexión 24 II.2.2. Protección y seguridad 25 II.3 Generación eléctrica distribuida 27 II.3.1 Concepto 27 II.3.2 Beneficios 27 II.4 Impacto en la calidad de red 29 II.4.1 Efectos de la distorsión armónica 29 II.4.2 Efectos en el factor de potencia 30 II.4.3 Equipos para incrementar la calidad de la red 31 II.4.4 Filtros activos 32 II.4.4.1 Clasificación de los filtros activos 32 II.4.4.2 Funcionamiento básico de un filtro activo paralelo 33CAPÍTULO III Diseño de la Etapa de Control 35 III.1 Introducción 35 III.2 Sistema fotovoltaico de inyección de potencia activa (SFIPA) 36 III.2.1 Estrategia para las funciones de filtrado activo 36 III.3 Detección de corrientes reactiva y armónicas para señales de referencia en filtros activos 37 III.3.1 Técnicas existentes 37 III.3.2 Selección del control 39 III.4 Circuito de detección de corrientes reactiva y armónicas (CDCRA) 39 III.4.1 Método de detección adaptable para corrientes reactiva y armónicas 39 III.4.1.1 Estudio de la función de transferencia del CDCRA 40 III.4.1.2 Efecto del valor de ganancia en el lazo de retroalimentación 43
  6. 6. CENIDET Tabla de Contenido III.4.2 Diseño e implementación del CDCRA 44 III.5 Integración del CDCRA al SFIPA 46 III.5.1 Diagrama a bloques 46 III.5.2 Set point 47 III.5.3 Implementación 48 III.6 Técnica de modulación 48 III.6.1 Sincronización con la línea 48 III.6.2 Acondicionamiento de la señal de referencia de línea 49 III.6.3 Señales de control para los interruptores de potencia 50 III.7 Etapa de protecciones y seguridad 52 III.7.1 Sobrecorriente 52 III.7.2 Aislamiento de línea (Islanding) 53 III.7.3 Inyección de CD 54CAPÍTULO IV Diseño de la Etapa de Potencia 55 IV.1 Introducción 55 IV.2 Flujo de energía 56 IV.2.1 Caso I: Periodo de insolación 56 IV.2.2 Caso II: Periodo de oscuridad 57 IV.3 Bus de CD 57 IV.3.1 Arreglo FV 58 IV.3.2 Condensador de CD 58 IV.4 Inversor 60 IV.4.1 Dispositivos de conmutación 60 IV.4.2 Circuitos impulsores para los dispositivos de conmutación 61 IV.4.3 Pérdidas en los IGBT´s 62 IV.4.4 Pérdidas en los diodos 63 IV.4.5 Diseño térmico 63 IV.4.6 Análisis del tiempo muerto 65 IV.5 Transformador elevador 67 IV.6 Inductor de interconexión 69
  7. 7. CENIDET Tabla de Contenido IV.7 Potencia aparente manejada como FA 72CAPÍTULO V Resultados Experimentales 58 V.1 Introducción 58 V.2 Especificaciones del prototipo 59 V.3 Compensación de potencia reactiva 60 V.3.1 Carga no lineal, tipo fuente de tensión 60 V.3.2 Carga no lineal, tipo fuente de corriente 62 V.3.3 Carga lineal reactiva tipo capacitiva, RC paralelo 63 V.3.4 Carga lineal reactiva tipo inductiva, motor 63 V.4 Compensación de potencia activa 63 V.4.1 Sistema de cogeneración inyectando corriente a ZL 64 V.4.2 Sistema de cogeneración inyectando corriente activa a la red 64 V.5 Compensación de potencia activa y reactiva 65 V.5.1 Potencia con baja irradiancia solar 65 V.5.2 Potencia con alta irradiancia solar 66 V.6 Dinámica del sistema V.7 Estudio del flujo de energía 68 V.7.1 Gráficas de potencia 68 V.7.2 Aprovechamiento de energía 69CAPÍTULO VI Conclusiones 74 VI.1 Introducción 74 VI.2 Conclusiones 74 VI.3 Trabajos futuros 75
  8. 8. CENIDET Tabla de ContenidoReferencias bibliográficas 76Lista de símbolos y abreviaturas 78Lista de figuras y tablas 79Apéndice A: Tarifas en el Sector Residencial 81Apéndice B: Formas de Onda de Perturbaciones en la Red Eléctrica 83Apéndice C: Filtros de Corrientes Armónicas en Sistemas Eléctricos 84Apéndice D: Resultados en Simulación del CDCRA 85Apéndice E: Diagramas Electrónicos 85
  9. 9. CAPÍTULO I Antecedentes I.1 Introducción Sin lugar a dudas el siglo XX se identificará como aquel en donde el hombrealcanzó un desarrollo tecnológico gigantesco, lo que marcó el comienzo de una nueva eratecnológica que seguirá siendo la base para alcanzar muchas otras cumbres científicas enel bienestar humano, que quizás antes eran imposibles. Además, de manera contrastantecon lo anterior, se sabe también que uno de los aspectos relevantes que caracterizaron a lahumanidad, sobre todo en los últimos años, fue el tomar conciencia de la necesidad dehacer un uso más responsable de las fuentes de energía para satisfacer las necesidadeshumanas [1]. Es bien sabido que las centrales generadoras de electricidad que quemancombustibles fósiles son las responsables de producir una parte sustancial de lasemisiones que dañan las áreas verdes y contaminan el medio ambiente, deteriorandolentamente la calidad de vida en el planeta1. Sin embargo, en el mundo moderno, laelectricidad es la forma de energía de uso final más ampliamente utilizada en lasactividades económicas y sociales. Por esta razón se debe producir con mayor eficiencia,menor costo y con un mínimo impacto sobre el medio ambiente [2]. En el campo de lossistemas de potencia, la tradicional generación centralizada de energía por medio decombustibles fósiles está evolucionando en las tecnologías de generación y las estrategiasde planeación de la red eléctrica [1]. Las fuentes de energía convencionales provenientes del medio ambiente tienden aagotarse con relativa rapidez debido, como ya se planteó, a su uso irracional. Es decir, setiene la preocupación de la disminución de las fuentes de petróleo, gas natural y lasfuentes naturales de carbón que se ha ido intensificando. Por esa razón, el esfuerzo por1 La generación termoeléctrica contribuye de manera significativa a la emisión de gases tóxicos además delos que producen el efecto invernadero.
  10. 10. CENIDET Capítulo I. Antecedentesencontrar nuevas fuentes de energía, permite la disminución del uso de fuentes naturalesde combustible dándose un cambio en todas las áreas científicas y tecnológicas en elmundo y especialmente en el campo de la ingeniería eléctrica [3]. Hoy en día, más de un cuarto de siglo después de la llamada crisis del petróleo,muchas de las tecnologías de aprovechamiento de energías renovables han madurado yevolucionado, aumentando su confiabilidad y mejorando su rentabilidad para muchasaplicaciones; considerándose así como una de las claves para reducir gradualmente ladependencia de combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica. Comoresultado, países como EU, Alemania, España e Israel presentan un crecimiento muyacelerado en el número de instalaciones que aprovechan la energía solar directa oindirectamente [4]. De estas tecnologías hay dos que han alcanzado la madurez necesaria paraincursionar en el mercado energético: la eólica y la solar. De manera muy general, seafirma que: “La energía solar aparece como una alternativa importante para el incrementodel consumo energético del planeta, dado que la cantidad de energía solar que arriba a lasuperficie de la tierra en 1 día es 10 veces más que la energía total consumida por toda lapoblación mundial en 1 año” [5] ; y “que la Republica Mexicana recibe en 6 horas deexposición al sol, la misma cantidad de energía que consumirá durante todo 1 año” [6] . De las dos tecnologías mencionadas, los aerogeneradores constituyen la máscompetitiva de ellas; sus costos en sitios de buen potencial eólico son actualmentesimilares a los de plantas turbo generadoras de gas que se usan para generación dedemanda pico. La segunda de ellas es la fotovoltaica (FV); su aplicación está en sistemasautónomos generalmente alejados de las líneas de distribución debido a su situacióngeográfica para las cuales representan la opción más económica. Si bien sus costosdirectos aun no compiten con las tecnologías de generación convencionales, algunasevaluaciones económicas recientes muestran que, si se toman en cuenta los costosindirectos de la generación y distribución de la energía eléctrica, los sistemasfotovoltaicos (SFV) se encuentran cerca de la viabilidad económica en sistemas queinteractúan con la red eléctrica [7], es decir, sistemas interconectados a la red. El éxito comercial de la tecnología FV es todavía incipiente, pero el crecimientodel mercado es estable y obedece a varias condiciones: es una de las formas degeneración eléctrica más apropiada con el entorno ecológico; la conversión solar-eléctricase realiza de manera limpia y directa; la vida útil de los módulos es de 30 años. Nodepende de energéticos externos por lo que tienen un alto grado de autonomía. Además,la sociedad cada vez más tiende a exigir a sus gobiernos el respeto al medio ambiente,sobre todo por parte del sector energético [7]. Además de la riqueza en energéticos de origen fósil, México cuenta con unpotencial muy importante en cuestión de recursos energéticos renovables, cuyo desarrollopermitirá al país contar con una mayor diversificación de fuentes de energía, ampliar labase industrial en un área que puede tener valor estratégico en el futuro, y atenuar los 2
  11. 11. CENIDET Capítulo I. Antecedentesimpactos ambientales ocasionados por la producción, distribución y uso final de lasformas de energía convencionales [6]. I.2 Uso de la energía eléctrica Como efecto de las fuerzas de mercado, la creciente demanda de energía ocasionóque el precio del petróleo se elevara y que se mantuviera una tendencia a la alza hastaniveles insostenibles. Simultáneamente, el uso intensivo de los energéticos estabaproduciendo un serio deterioro del medio ambiente debido a las emisiones, producto dela combustión de los energéticos de origen fósil. En 1973, los países industrializados que son, por ende, grandes consumidores deenergía, iniciaron diversas acciones para hacer un menor uso de energéticos sin perder losbeneficios económicos y sociales y, a la vez, proteger y mejorar el medio ambiente [8],puesto que es bien sabido que los grupos sociales alrededor del mundo están demandandoalternativas “limpias” para sus necesidades de energía. Según Rogelio Covarrubias en [8], el análisis comparativo de la eficienciaenergética en México contra países industrializados muestra que mientras nuestro paísindica una tendencia creciente, en los países industrializados la tendencia es a la baja,signo inequívoco de un mejor uso de los energéticos. En México, se está desarrollando la infraestructura requerida para emprenderacciones y proyectos de ahorro de energía; se cuenta con programas como PAESE(Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico, de CFE, enero 1990) y el FIDE(Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica); el CHV (Cambio de Horario deVerano) [9] o diversos organismos como la CONAE (Comisión Nacional para el Ahorrode Energía), empresas de ingeniería, centros de investigación, centros de enseñanzasuperior con capacidad para apoyar acciones de difusión y promoción, así como pararealizar proyectos sobre ahorro de energía [8]. En nuestro país la energía se produce y consume en seis grandes sectores: energía,transporte, industria, comercio, servicios y residencial o doméstico. En seguida sepresenta el consumo de energía que se tiene por parte de los sectores industrial yresidencial. I.2.1 Consumo de energía El sector energía es el principal consumidor de energía primaria en el país. En1996 tuvo un consumo total de 45.4 millones de TEP2 que significan 33.1% del consumonacional de energía, desglosado en lo siguiente: autoconsumo, 15.8 millones (10.9%);transformación, 26.9 millones (18.6%), y pérdidas por distribución, 2.9 millones (2.0%)[8].2 Toneladas Equivalentes de Petróleo 3
  12. 12. CENIDET Capítulo I. Antecedentes I.2.2 Sector energía El sector energía está integrado principalmente por Pemex y la CFE. El consumode energía es un indicador del nivel económico, social, científico y tecnológico de lospaíses. En México, Pemex y la CFE cubren un área estratégica y fundamental de laeconomía, y sustentan en forma importante el nivel de vida de la población. Además deabastecedores de energéticos, también son grandes usuarios de energía y sujetos a laaplicación de medidas para mejorar su eficiencia energética y ofrecer productos de mejorcalidad y competitivos en el mercado [8]. La CFE consume energía en la producción de energía eléctrica. Este consumocomprende la propia generación, así como las pérdidas en transmisión y distribución(TyD). Las centrales de generación de la CFE son principalmente termoeléctricas queusan gas natural, combustóleo y carbón; además, cuenta con centrales hidroeléctricas,geotérmicas y nucleoeléctricas. En el sector eléctrico, el consumo propio tiende a reducirse debido a la aplicaciónde programas de ahorro de energía y del incremento de eficiencia energética. Solo como ejemplo, en la actualidad se afirma que México cuenta con suficientesreservas de gas natural, aunque se tiene el problema que el abasto de gas natural estárelacionado con la oferta futura de energía eléctrica, ya que en los próximos nueve años60 % de la electricidad que producirá será con gas natural, mientras que ahora dichocombustible se ocupa en 20 % para ello3 [10]. I.2.3 Sector residencial Debido al crecimiento demográfico y al incremento de costos de producción, asícomo a la reducción de las reservas de petróleo del país, cada día es más costosa laadquisición, producción y distribución de los energéticos que se consumen en el sectorresidencial, representado por casas habitación, edificios de departamentos y unidadeshabitacionales. Los energéticos consumidos en el sector residencial, comercial y de servicios seutilizan principalmente en iluminación, preparación de alimentos y acondicionamientodel ambiente (aires acondicionados), siendo la leña (6.0 millones de TEP), el gas LP (8.9millones de TEP) y la electricidad (3.79 millones de TEP) los de mayor consumo [8]. I.2.4 Administración de la demanda Tradicionalmente, el crecimiento del sector eléctrico se ha enfocado en satisfacer,con la anticipación y márgenes necesarios, el crecimiento de la demanda, utilizandotécnicas de proyección con base en los parámetros tradicionales: tendencia decrecimiento, crecimiento demográfico, número de usuarios, desarrollo industrial ycomercial, PIB, etcétera [8].3 Información de la CFE, notas informativas, 16 de julio de 2001 4
  13. 13. CENIDET Capítulo I. Antecedentes Por otra parte, hay factores que se han vuelto importantes en la planeación de laoferta de energía eléctrica, como por ejemplo, el incremento en el precio de losenergéticos, el cuidado del medio ambiente y la incertidumbre en el comportamiento delos costos financieros de las inversiones en generación. Esta situación ha despertado elinterés de los planificadores por integrar al proceso factores que influyen en la demanda,al considerar que una reducción de la demanda automáticamente se refleja en un alivio ala oferta [8]. Los objetivos de administrar el comportamiento de la demanda son crear unamayor conciencia y convencer a los usuarios para que modifiquen sus hábitos de uso,remodelen o renueven sus instalaciones productivas, coordinen sus procesos deproducción en forma eficiente, cambien sus equipos y aparatos por aquellos queofrezcan mayor eficiencia energética y, en general, mantengan un programa continuode administración de la energía dentro de sus instalaciones, integrado a sus planes demejora continua y a sus estrategias para alcanzar o mantener su competitividad en elmercado [9] (ver figura I.1). Figura I.1.- Administración de la demanda. (a).- Eficiencia energética. (b).- Reducción de la demanda pico. (c).- Proyección del consumo de energía eléctrica en México. 5
  14. 14. CENIDET Capítulo I. Antecedentes El concepto de planeación integral de los recursos (IRP, por sus siglas en inglés),actualmente en práctica en muchos países, considera dos aspectos en forma integrada: losrecursos aplicables al suministro de energía eléctrica y la administración de la demanda.La administración de la demanda busca el equilibrio entre la oferta y la demanda. • Se entiende por administración de la oferta las inversiones en infraestructura eléctrica, la operación y el mantenimiento de dichas instalaciones. • Se entiende por administración de la demanda la reducción de la demanda pico, la adecuación de las tarifas eléctricas a las condiciones reales, la conservación y el ahorro de los energéticos, y el crecimiento estratégico de la carga. En consecuencia, la relevancia para el sector es la optimización y el diferimientode las inversiones, la reducción de pérdidas, el uso eficiente de la energía y ladisminución de emisiones contaminantes, entre otros. La administración de la demanda de energía ya ha sido aplicada durante variosaños en diversos países, incluyendo a México. Se han desarrollado diversos métodos paraidentificar las oportunidades, así como procedimientos para evaluar el diseño, eldesarrollo, la evaluación, el seguimiento, el costeo, etcétera, de programas en los distintosusuarios y sus sectores. En el caso de México, desde hace varios años se han iniciado proyectos asociadoscon el uso eficiente de la energía como una forma de racionalizar el uso de losenergéticos y conservar el ambiente; sin embargo, la utilización de la administración de lademanda como una mejor opción para la aplicación de los recursos de inversión está ensu inicio. Respecto a los tipos de programas, los principales son aire acondicionado,alumbrado y su control, aislamiento térmico, refrigeración, tarifas especiales, equipos yaparatos eficientes, control de carga de motores, motores eficientes y procesosindustriales [8]. Pon lo anterior, se puede ver que en nuestro país es urgente tanto el ahorro y usoeficiente de la energía, como la preservación del medio ambiente. Solo por citar algunosejemplos palpables por la sociedad, se tiene: el control vehicular, implantación detransporte eléctrico en las grandes urbes, CHV, la venta de lámparas y equiposelectrodomésticos más eficientes, campañas publicitarias para la concientización de lapoblación, etc. Y además la aplicación más rigurosa de las normas de calidad en todas lasáreas involucradas. En lo que respecta a la energía eléctrica, es necesario impulsar ypromover su ahorro y uso eficiente, brindando el apoyo tecnológico necesario para quelas instalaciones del sector eléctrico y de los usuarios de energía eléctrica logren reducirel consumo, la demanda pico y la tasa de crecimiento de la demanda de energía eléctrica,y de esta manera conservar el medio ambiente y los recursos del sector eléctrico. De acuerdo a [8], dentro de las áreas de oportunidad que se han identificado y quetienen especial importancia, no sólo por su carácter social sino también por su claracontribución a la reducción de la demanda máxima de energía eléctrica, destaca el sector 6
  15. 15. CENIDET Capítulo I. Antecedentesdoméstico, en donde se han identificado tres áreas de particular interés: iluminaciónresidencial, acondicionamiento ambiental de la vivienda y normalización de la eficienciaenergética de aparatos electrodomésticos. I.3 Calidad de la red eléctrica I.3.1 Generalidades Generalmente el nivel de calidad de un sistema eléctrico de potencia se veafectado por una serie de perturbaciones debidas a causas externas (p. e. fenómenosatmosféricos), a la operación tanto del propio del sistema, como de los equiposconsumidores. Actualmente existe una tendencia en la proliferación de equipos queexigen mayores niveles de calidad en el suministro eléctrico. Además, tiende a crecer elnúmero de equipos cuya operación normal genera perturbaciones en el sistema eléctrico.Se estima que a partir del año 2000 aproximadamente el 80% de las cargas de corrientealterna son total o parcialmente electrónicas [11], [12] y en consecuencia, posiblesperturbadoras de la red [13]. Lo expuesto anteriormente proporciona una introducción al concepto de “calidadde la red” (Power Quality), y con el fin de dar mayor precisión a este concepto sedescribirá los tipos de perturbaciones más frecuentes en la red y las cargas mássusceptibles a estas [13]. I.3.2 Perturbaciones de la red eléctrica En un sentido amplio, las interferencias electromagnéticas (EMI por sus siglas eninglés) se pueden definir como señales de tipo electromagnético que perturban laoperación normal de un sistema eléctrico o electrónico afectando sus magnitudeseléctricas. El tipo de perturbaciones consideradas en esta sección son aquellas que secatalogan como perturbaciones de baja frecuencia y que se propagan por conducción.Este tipo de perturbaciones se manifiesta en una alteración transitoria o permanente de laforma de onda de tensión de la alimentación, que idealmente es perfectamente sinusoidal.Es importante observar que el origen y la propagación de tales perturbaciones dependetanto de la parte del sistema eléctrico propiedad de la compañía como de la parte delusuario. En la figura I.2 se muestra el esquema simplificado de un sistema eléctrico depotencia [14]. 7
  16. 16. CENIDET Capítulo I. Antecedentes Figura I.2.- Esquema de la red de suministro eléctrico. Puede observarse cómo la tensión de suministro de la red de baja tensión quedaráafectada tanto por una perturbación en la propia instalación del usuario, como por unaperturbación producida en la red de media tensión. Esto se debe a la existencia de unaimpedancia equivalente de la red diferente de cero. Las impedancias Z3 y Z4 tienenvalores elevados comparadas con Z1 y Z2, lo que equivale a decir que una perturbaciónproducida por el usuario, salvo en cargas de gran potencia, afectará a la red en muchamenor medida que aquellas producidas por la compañía. Las impedancias Z1, Z2 , Z3 pueden sustituirse por su equivalente de tal forma quecada fase de la red se representa por un generador ideal de tensión en serie con unaimpedancia Z. A esta impedancia interna de la red en un punto determinado se le conocecon el nombre de impedancia de corto circuito en dicho punto (ZCC), y es la impedanciaque se presenta al equipo conectado a la red de distribución [15]. De acuerdo al parámetro de onda afectado, es posible realizar una clasificación delas perturbaciones de la red. En la tabla I.1 se establece dicha clasificación y en elapéndice B, se muestran las formas de onda de cada perturbación. Tabla I.1.- Clasificación de las perturbaciones en la red eléctrica. Parámetro afectado Tipo de perturbación Amplitud Ruido en modo diferencial Ruido en modo común Variaciones lentas de tensión Variaciones rápidas de tensión Parpadeo Microcortes Cortes largos Forma de onda Armónicos (distorsión) Frecuencia Variaciones de frecuencia Simetría Desequilibrios (asimetría) 8
  17. 17. CENIDET Capítulo I. Antecedentes A continuación se presenta una breve descripción de las perturbaciones de la redeléctrica. • Perturbaciones de amplitud Dentro de estas perturbaciones se consideran todos aquellos fenómenos quemodifican la tensión de su forma sinusoidal ideal. Pueden presentarse entre las tensionesfase-fase o tensiones fase-neutro. La duración y magnitud de la perturbación determina elnombre de identificación. Las causas que originan perturbación son: descargas atmosféricas; funcionamientode maquinas eléctricas con escobillas; soldadores de arco; equipos electrónicos(rectificadores, variadores de velocidad, etc.); variaciones de tiempo en la demanda depotencia (inicio de funcionamiento de equipos de gran potencia); corto circuitos en la redeléctrica; reconexión de zonas de distribución eléctrica, entre otras. Los efectos de las perturbaciones sobre los sistemas eléctricos puedenmanifestarse de muchas maneras. Las más comunes son: degradación y destrucción deaislamientos; fallos de equipos electrónicos; descargas eléctricas a usuarios; acortamientoen la vida útil de los sistemas; activación indebida de protecciones del sistema; parpadeovisible en los sistemas de iluminación; funcionamiento anómalos de equipos eléctricos yelectrónicos (dispositivos industriales programables, tornos de control numérico,computadoras, etc.); y paro total de líneas de producción [15]. • Distorsión armónica Puede definirse como una desviación permanente de la onda de tensión respecto auna onda sinusoidal pura. Un parámetro importante es la distorsión armónica total (DATó THD por sus siglas en inglés). A través de este parámetro es posible evaluar el grado dedistorsión de la forma de tensión o corriente en un sistema eléctrico de potencia. Suele producirse distorsión cuando funcionan máquinas eléctricas con núcleomagnético saturado y ciertos convertidores estáticos, tales como rectificadores, fuentesconmutadas y otras cargas no lineales. En general, todos los convertidores electrónicos depotencia (incluyendo los utilizados para proteger cargas sensibles) pueden contribuir aaumentar el nivel de perturbaciones presentes en la red distorsionando la forma detensión de la misma debido a las corrientes armónicas inyectadas a la red. IL = I1+IK Carga ZCC VCA VL = V1 - ZCCIK Otras Cargas Figura I.3.- Red eléctrica alimentando diversas cargas. 9
  18. 18. CENIDET Capítulo I. Antecedentes Para ilustrar los problemas ocasionados por los armónicos de corrienteconsidérese el circuito mostrado en la figura I.3. Puesto que el valor de la impedanciainterna de la red no es nulo (representada como ZCC en la figura), la circulación de lascomponentes armónicas IK de corriente provocarán caídas de tensión en la citadaimpedancia, lo que ocasionará que la forma de onda de la tensión en el punto de conexióncomún (PCC) a otras cargas quede distorsionada. Los equipos conectados en el PCCserán afectados por la contaminación armónica debida a la carga contaminante. Otros problemas directamente relacionados con un excesivo contenido armónicode corriente en un sistema de potencia son: la potencia que pueden manejar las líneas dedistribución es menor; reducción de la vida útil en maquinas eléctricas rotativas;sobrecalentamiento en banco de condensadores usados para corregir el factor de potencia(FP), reduciendo la vida útil; interferencia con líneas de comunicación y redes decomputadoras, e incremento de pérdidas en equipos estáticos como transformadores [15]. • Variaciones de frecuencia Son alteraciones del valor nominal de la frecuencia de red. Actualmente, debido ala interconexión de los centros de generación, no se presentan variaciones apreciables ypermanentes bajo condiciones normales. Sin embargo, en redes aisladas comoplataformas de extracción petrolera, barcos, islas y cualquier sistema de generaciónautónomos si pueden presentarse con más facilidad. Entre los efectos se encuentran la actuación de protecciones de sub-frecuencia y elfuncionamiento incorrecto de motores asíncronos y síncronos [15]. • Desequilibrios Es la desigualdad entre las amplitudes y desfases de las tres tensiones de unsistema trifásico. Tienen su origen en las grandes cargas monofásicas repartidas demanera irregular entre las fases de la red, tales como hornos de inducción subestacionesde tracción y equipos de soldadura. Entre sus efectos se pueden mencionar la aparición deun campo inverso en las maquinas eléctricas rotativas, circulación de corrientes en elneutro, incremento de pérdidas en transformadores [15]. I.3.3 Cargas críticas Las cargas críticas son aquellas cuyas características de alimentación pueden serclasificadas dentro de alguno de los siguientes aspectos: elevada seguridad (debido a laimportancia de la función que cumplen); y excelentes características de la forma de ondade tensión de alimentación (necesaria para su correcta operación). Algunos ejemplos de cargas con las características mencionadas anteriormenteson: computadoras y periféricos; controladores lógicos programables (PLC, por sus siglasen inglés); equipos sanitarios vitales; instrumentación electrónica industrial; equipos ysistemas de transmisión; equipos de radiocomunicación; equipos espaciales y militares; yequipos de control en centrales nucleares. 10
  19. 19. CENIDET Capítulo I. Antecedentes La gran cantidad y diversidad de cargas hace difícil la generalización de losrequerimientos de calidad de alimentación de las mismas. En los últimos años, aconsecuencia del alto incremento que han experimentado las cargas críticas y las cargasperturbadoras, se ha trabajado internacionalmente por especificar niveles de inmunidadpara los equipos, así como niveles de emisión de perturbadores. El documento IEEE-446 fija niveles de inmunidad mediante gráficos referentes aniveles de perturbación admisibles por cargas críticas; aunque existen diversos estudiosque lo critican poniendo de manifiesto la existencia de diversas imprecisiones en lasdefiniciones que contiene, dando lugar a diferentes interpretaciones [15]. Los requerimientos de seguridad de las cargas críticas pueden cuantificarse porciertos parámetros definidos con base en la confiabilidad del sistema, tal como el tiempomedio entre fallos. En general la calidad y seguridad de las instalaciones del suministroeléctrico son muy variables de un país a otro, inclusive dentro de un mismo país en zonasdiferentes. La normativa existente establece límites tanto a los niveles de perturbaciónpresentes en la red, como a los niveles de contaminación eléctrica generada por losequipos consumidores [15]. I.3.4 Responsables El problema de calidad de la red eléctrica tiene varios responsables. En contrastecon el modelo clásico “cliente-compañía eléctrica” según el cual en el aseguramiento dela calidad solamente estarían involucradas estas dos partes. Hoy está plenamenteaceptado que hay más elementos implicados a saber: - La compañía eléctrica, cuyo papel es definir y garantizar la calidad del servicio proporcionado al cliente. - El fabricante de equipos eléctricos, cuyo papel es colocar productos en el mercado que cumplan las normas de interferencia y contaminación eléctrica. - El usuario, cuyo papel consiste en asegurar que su instalación, enlace con el sistema de distribución y los equipos, estén diseñados adecuadamente y el conjunto de su instalación y cargas no produzcan perturbaciones eléctricas en la red pública. - El gobierno y organismos correspondientes, que han de elaborar normas y reglamentos que establezcan exigencias razonables. - Los investigadores, quienes deben profundizar en el estudio del sistema y proponer soluciones técnica y económica viables. En lo que respecta a la compañía eléctrica, ésta podrá satisfacer las necesidadesdel usuario de dos formas: elevando el nivel de calidad del servicio de toda la redeléctrica con el fin de satisfacer de manera adecuada a las cargas críticas, y adaptando el 11
  20. 20. CENIDET Capítulo I. Antecedentesnivel de calidad en puntos específicos de la red al requerido por el usuario exigente.Obviamente, la primera opción es de elevado costo, dado que implica mejoras a loscomponentes de las instalaciones eléctricas (centrales, líneas, transformadores, etc.). Enel segundo punto se pretende solucionar el problema manteniendo el nivel general decalidad e instalando “adaptadores” (acondicionador de tensión) para satisfacer lasnecesidades de los usuarios exigentes, con aplicación de tarifas especiales [15]. Por otro lado, un usuario en cuya instalación existan cargas que introduzcanperturbaciones eléctricas a la red, estará obligado a limitar dichas perturbaciones. Por lotanto, habrá de instalar equipo adecuado para lograrlo (acondicionador en corriente). Losacondicionadores en corriente y en tensión pueden estar separados o formando enconjunto un acondicionador de tensión y corriente; opción justificada puesto que losequipos sensibles suelen ser también contaminantes de la red [15]. I.4 Planteamiento del problema I.4.1 Picos de demanda máxima Figura I.4.- Gráfica comparativa de un pico de demanda máximo entre un día de verano y uno de invierno [16]. Los usuarios del servicio eléctrico esperan que en cualquier zona que cuente conelectrificación, ya sea rural o urbana, puedan disponer en todo momento del suministro deenergía en calidad y cantidad suficiente, lo que obliga a las compañías suministradoras atener la capacidad instalada necesaria para satisfacer por completo la demanda de losmismos. Sin embargo, sucede que la demanda de energía no es constante, sino que presentavariaciones diarias y estacionales; por ejemplo, en la Ciudad de México la demanda esmáxima debido al uso de luz artificial; en el periodo de invierno empieza a las 18:10 y enverano a las 20:27 horas [16], lo cual provoca un uso ineficiente de la capacidad 12
  21. 21. CENIDET Capítulo I. Antecedentesinstalada. Ahora, en la figura I.4 se muestran dos patrones de consumo diario de energíaeléctrica en la zona noroeste del país; correspondientes al periodo de verano e invierno. Los problemas que enfrentan las compañías proveedoras de electricidad son losdenominados “picos de demanda” (figura I.4). Este término se refiere a la demanda deenergía eléctrica por parte de los usuarios, que no es constante a lo largo del día, sino quepresenta valores máximos en determinados horarios. Dichas compañías deben tener lacapacidad de satisfacer la demanda máxima, aun cuando la demanda promedio, por logeneral, su valor es inferior, esto representa un uso ineficiente de la capacidad instalada,lo que refleja la ya comentada ineficiencia energética. Por otro lado, para el caso de los usuarios residenciales la magnitud y duración delpico de demanda depende de varios factores; entre ellos y el más importante, latemperatura promedio durante el día. CFE ofrece tarifas preferenciales (subsidiadas) a losconsumidores que viven en zonas en las que la temperatura promedio es superior a otroslugares, con la finalidad que puedan emplear equipos de aire acondicionado, sinresultarles demasiado costoso. En el apéndice A, se presentan las tarifas del sectorenergético nacional, así como la comparación del consumo, entre verano e invierno, deun usuario en el noroeste de México [17]. En el caso específico de las localidades del norte del país, con temperaturapromedio elevada, el pico de demanda coincide con las horas de mayor insolación (verfigura I.5). Por lo tanto, consumir y suministrar energía eléctrica en el verano resulta máscostoso, sobre todo durante los picos de demanda máxima; ya que en este momento tantola compañía suministradora como los usuarios del servicio, se ven seriamente afectados,reflejándose en su propia economía. Figura I.5.- Irradiancia solar de un día despejado en verano. 13
  22. 22. CENIDET Capítulo I. Antecedentes Sol V1 V2 Vn Generador Generador Generador Auxiliar Auxiliar Auxiliar SW Subestación Usuario Usuario Usuario Vred Residencial Residencial Residencial 1 2 n Figura I.6.- Esquema de generadores auxiliares FV conectados a red. De lo anterior, resulta lógico pensar en instalar cogeneradores auxiliaresinterconectados a la red eléctrica, que sean alimentados con celdas FV y aprovechen laenergía natural del sol en esos periodos tan críticos (figura I.6), inyectándola a la redmisma. Se tendrá así una solución para reducir los picos de demanda máxima, de maneraque las plantas generadoras de CFE operen en regímenes de carga lo más constantesposible [17]. Además de ser una alternativa apropiada para generar electricidad en formalimpia y sin daño al medio ambiente. I.4.2 Contaminación armónica La preocupación por la calidad del suministro y consumo de la energía eléctricaha aumentado considerablemente en los últimos años, principalmente por la proliferaciónde cargas no lineales (CNL) en todos los niveles de potencia (doméstico, comercial eindustrial). El beneficio que se obtiene con el uso de estas cargas es indiscutible desde elpunto de vista de flexibilidad en el control de procesos y de viabilidad económica; sinembargo, influyen significativamente en la disminución de la calidad en la potenciautilizada, generando perturbaciones y/o distorsiones de tensión y/o de corriente. Unproblema importante que surge a raíz de emplear CNL es el intercambio de energíareactiva con el sistema, con valores eficaces que suelen ser muy superiores a los valoresmedios, y en la mayoría de los casos, presentando consumos de corriente con forma deonda discontinua en semiperiodos de frecuencia fundamental del sistema. En las últimas 3 décadas se han realizado esfuerzos significativos para mitigarestos problemas en las instalaciones eléctricas, y en los últimos 10 años es notorio elavance registrado en la propuesta de nuevas topologías de filtrado de potencia, así comode estrategias de control. Además, en cuanto a la normatividad se tiene que se hacenperiódicas actualizaciones con regulaciones más estrictas (sección I.4.4) debido alaumento de la contaminación armónica. 14
  23. 23. CENIDET Capítulo I. Antecedentes La solución más común aún utilizada en aplicaciones industriales para filtrararmónicos de corriente y compensar la potencia reactiva a frecuencia fundamental, es lainstalación de filtros pasivos paralelos en las terminales de las CNL. Un filtro pasivo estáconstituido por uno o más conjuntos de bloques LC de baja resistencia serie con objeto dereducir pérdidas. Sin embargo, esta característica de bajo amortiguamiento puede darlugar a resonancias entre el filtro y la impedancia de la red, y así amplificar lasdistorsiones en lugar de atenuarlas. El problema de las resonancias paralelo puede seranulado empleando filtros activos de corriente [18]. I.4.3 Factor de potencia Para analizar de manera concisa el problema que se tiene con el valor del FP enlos equipos de las compañías suministradoras de energía, se recurrirá a las ecuaciones I.1e I.2 que definen a la potencia activa (Watts) y a la potencia reactiva (Vars),respectivamente, asumiendo formas de onda sinusoidales. P = I CVCA cos(θ ) ec. (I.1) Q = I CVCA sen(θ ) ec. (I.2) donde: IC = corriente eficaz (ARMS) VCA = tensión eficaz de la red (VRMS) θ = ángulo de desfasamiento entre corriente y tensión Solamente para el caso sinusoidal, el término cos (θ) de la ecuación I.1 se conocecomo el FP, es decir: FP = cos(θ ) ec. (I.3) El FP se relaciona con las cargas que incluyen elementos que consumen potenciareactiva (Q). Tanto P como Q son las componentes rectangulares de la potencia aparente(S), por lo que se puede decir que: S = P2 + Q2 ec. (I.4) La potencia aparente (S) se discutirá más adelante, en el desarrollo de este trabajo.Ahora solamente se analizará la ecuación I.3. El valor ideal del FP es la unidad, es decir θ= 0°; y con ello Q = 0 vars. Se deduce entonces, que cuando el FP se aleja de la unidad, Pdecrece y Q aumenta. Por ello el valor deseado para la potencia activa es el producto delos valores eficaces de tensión y corriente, suministrados sin que se vea dicho productoatenuado por el cos (θ), cuando éste no es unitario. La compañía suministradora de electricidad, realiza su facturación con base en lapotencia activa consumida por sus usuarios (Watts) - no hace cargos por la potenciareactiva (Vars) que también es demandada a sus líneas-, lo que significa entonces que, al 15
  24. 24. CENIDET Capítulo I. Antecedentesser el FP distinto a la unidad, la compañía deja de percibir ganancias por concepto deenergía consumida, lo que hace que la eficiencia energética de esta sea muy pobre. Porello, en México la CFE establece formulas de bonificación para facturar a los usuarioscuyo FP este por arriba de 0.9; o en su defecto, aplicar multas a aquellos que su FP estepor debajo de la norma (0.90 inductivo)4. En lo que respecta a sistemas de cogeneración, puede ocurrir el caso en que unusuario residencial tenga un SFV que satisface por completo sus necesidades de potenciaactiva. Si la corriente de salida que produce el SFV no está exactamente en fase con latensión de red, el sistema estará generando tanto potencia activa como reactiva. Siademás esta última es aditiva con la potencia reactiva demandada por el resto de losaparatos que el usuario tiene conectados a la red, se llega a una situación incongruente enla que la compañía proveedora no solo deja de percibir un ingreso por concepto de ventade energía activa, sino que además tiene que proporcionar la potencia reactiva demandadapor el conjunto usuario-SFV [19]. Por esta razón, el enfoque del presente proyecto es que no solamente se inyectepotencia activa, sino que también se compense potencia de distorsión (D); es decir lapotencia demandada por los armónicos de la carga, que es la causante de varios daños alos equipos eléctricos de la compañía, como se comentó con anterioridad. Por lo tanto, sila potencia reactiva (Q) y de distorsión (D) generadas por el sistema son sustractivas conrespecto a la demanda del resto de la instalación, la compañía proveedora verádisminuida la demanda de potencia reactiva y de distorsión [19]. I.4.4 Normatividad La generación y distribución de la energía eléctrica se encuentran estrictamentereguladas; existen lineamientos que marcan las condiciones en la que esta energía sedistribuye a los consumidores. Como se ha comentado, se han realizado periódicasactualizaciones en la normativa referente a distorsiones y perturbaciones; por ejemplo laIEEE-519 (aplicada a sistemas de potencia) revisada en 1992 y la IEC-555 (aplicada aequipos) revisada y convertida en la IEC 1000 en 1995 (o su equivalente la IEC 61000[20]), con regulaciones más estrictas debido al aumento de la contaminación armónica. Elproceso de actualización no concluye, pero se pueden considerar como referencia estosotros documentos: Norma EN 60500, ANSI-EEE-446 y ANSI-EEE-529, revisada estaúltima en 1992 [18]. En México, se tiene la especificación CFE L0000-02 [21], en loreferente al suministro de tensión; y la especificación provisional CFE L0000-45 [22], enla normatividad referente a las perturbaciones en la red eléctrica. La salida de un SFV conectado a la red eléctrica debe considerar las regulacionespertinentes marcadas en los lineamientos correspondientes a la generación y distribuciónde la compañía eléctrica, tales como contenido armónico, FP, nivel de tensión yfrecuencia, parpadeo, etc. En seguida, se tienen dos ejemplos: a).- La norma IEEE 929-200 toca los siguientes puntos relevantes: ventanas de operación de tensión y frecuencia;4 http://www.cfe.gob.mx/lineamientos 16
  25. 25. CENIDET Capítulo I. Antecedentestiempo de corrimiento para excursiones en dichas ventanas; requerimientos referentes a ladistorsión en la forma de onda; y define un inversor no “aislado” [23]. b).- La normaIEEE-519 establece que los armónicos deben limitarse de manera que la THD de tensión,no exceda el 5% en el primario de la línea de distribución ó 8% en el secundario [24]. I.5 Justificación Interconectar con la red eléctrica un sistema de cogeneración con funciones defiltro activo, basado en celdas FV, implica beneficios de carácter técnico y económico,tanto al usuario, como a la compañía suministradora, además de los consabidosbeneficios sociales al proteger el medio ambiente, al desplazar el uso de combustiblesfósiles para la producción de electricidad. Estos beneficios están relacionados con losesquemas de generación distribuida. El sistema de cogeneración presentado en este trabajo, está planeado para inyectarpotencia activa y reactiva a la red eléctrica. La inyección de potencia activa es paracoadyuvar a la reducción de los picos de demanda en localidades de clima caluroso delpaís, donde la hora de demanda máxima coincide con la hora de máxima irradianciasolar. La inyección de potencia reactiva es para compensar la corriente reactiva yarmónicas demandada a la red por cargas no lineales; disminuir la contaminaciónarmónica de la red eléctrica y con lo anterior mejorar el FP. Además, no es necesariocontar con un medio de almacenamiento (baterías químicas), por lo que se reduce el costode inversión, puesto que no será necesario el mantenimiento periódico de éste. El sistema desarrollado produce formas de onda de corriente de alta calidad yrealiza el seguimiento del punto de máxima potencia (PMP) del banco de celdas solares,lo que garantiza que siempre se inyecta a la línea la mayor cantidad posible de energía.Por lo tanto, el sistema de cogeneración presentado es un diseño con más prestaciones ycon mayor factibilidad económica que uno común en el mercado. I.6 Revisión del estado del arte I.6.1 Sistema fotovoltaico Se presenta lo relacionado con los problemas técnicos de la interconexión. Lainterfaz entre un sistema fotovoltaico (SFV) y la red eléctrica, es el inversor. Éste toma laseñal de CD del arreglo FV, con cierta tensión, y la convierte a una señal de CA en susalida con tensión (o corriente, según sea el caso), frecuencia y número de fasesdeterminados (normalmente son 1φ ó 3φ). Por lo anterior, la señal de salida del inversorse debe adaptar a las condiciones de la red en el punto de interconexión sin causarleperturbaciones ni cambios en las especificaciones de suministro al resto de los usuarios. La mayoría de las topologías de inversores se basan en el circuito de potencia tipopuente, sin embargo existen varias configuraciones posibles de los elementos queconforman el sistema completo, de acuerdo con factores como: el tipo de interruptores de 17
  26. 26. CENIDET Capítulo I. Antecedentespotencia, esquema de control, método de síntesis de la señal, parámetro eléctrico que esmodulado, frecuencia de conmutación de los interruptores de potencia, número de fases,etc. En la tabla I.2 se tiene un resumen de los rangos de operación de los inversores segúnsu tipo, como una guía del estado actual con base en los interruptores de potencia actualesy prácticas de diseño más comunes [25]. Tabla I.2.- Resumen de rangos de operación de inversores según su tipo. Método de Parámetro Frecuencia de Conmutación Modulado 1φ ó 3φ Conmutación Rango de Potencia Conmutado por línea Corriente norm. 3φ frec. de red med. a alta (norm. 50–5000 kW) 1φ > 10 kHz peq. (norm. < 10 kW) Tensión Autoconmutado 3φ 250 hz - 20 kHz peq. a med. (5–500 kW) (PWM) 1φ > 10 kHz peq. (norm. < 10 kW) Corriente 3φ 5 kHz - 20 kHz peq. a med. (5–50 kW) En la tabla I.3 se presentan las ventajas y desventajas que existen entre losinversores con control de tensión y de corriente. En ella se tiene que el FP se ve afectadopara el caso de los conmutados por línea, controlados en corriente. Además, normalmentesu frecuencia de conmutación depende de la señal de tensión de la red y en la salida setienen bloques de corriente cuadrados o trapezoidales, por lo tanto el contenido armónicoes alto. Los SFV que tienen este tipo de inversores compensan el FP utilizando filtrospasivos conectados antes de la interfaz con la red; y anulan la contaminación con filtrosde salida. Cabe señalar que un factor justificante, en este tipo de clasificación es lapotencia que se maneja [25]. Tabla I.3.- Resumen de ventajas y desventajas de inversores según su tipo. Tipo Ventajas Desventajas • Control simple y robusto • No puede operar en modo aislado • Control simple y directo sobre el flujo para alimentar cargas residenciales de potencia activa y reactiva o cualquier tipo de carga no lineal Control de • Protección inherente contra • Requiere mediana a alta frecuencia Corriente sobrecorriente de conmutación de (>5kHz)(Autoconmu- • Bajo contenido armónico (fácil • Limitado a capacidades < 50 kWtado, PWM) filtrado) aprox. • Bajo peso y vol. si conmuta a alta frecuencia • Amplio rango de potencia (varios • No puede operar en modo aislado Control de MW) • Contenido armónico en la señal de Corriente • Control simple y robusto salida, requiere filtrado(conmutado por línea) • Bajo costo (el más bajo si P>50 kW) • Bajo FP requiere compensación • Alta eficiencia (>95%) • Puede operar en modo aislado de red • Esquema de control complejo • Bajo contenido armónico (fácil • Alto costo en potencias > 50 kWControl de filtrado) Su rango de potencias es amplio Tensión • FP ajustable (normalmente unitario) pero está limitado a P<500kW (PWM) • Bajo peso y vol. Si conmuta a alta aproximadamente frecuencia 18
  27. 27. CENIDET Capítulo I. Antecedentes Tomando en cuenta que el presente trabajo de tesis se basa en un SFV conectado ared [17] cuyo desempeño fue satisfactorio y eficiente, pero que únicamente inyectabapotencia activa5, se da por hecho que los factores seleccionados citados hasta estemomento, son los mejores para este tipo de aplicaciones y por ello se utilizaron en estemismo desarrollo. Por lo tanto, ahora el enfoque del estado del arte se hará a lo referentea los SFV con la calidad de red. Por lo tanto, se tiene que la tendencia de los SFV es ofrecer más prestaciones, quepermitan desarrollar equipos económicos y competitivos. Dentro de las prestaciones ycaracterísticas más relevantes, son: filtro activo para compensar armónicos [26], [27] y[28]; corrección del FP [29]; usarse como balastro en momentos de no haber insolación[29]; y estaciones de apoyo para redes débiles que se encuentran cerca del límite de sucapacidad [30]. En 1990, la empresa Pacific Gas & Electric Co. (PG&E) de California, USA, inicióun estudio sobre los posibles beneficios de instalar generadores FV estratégicamentelocalizados en sus líneas de distribución [31]. En él se identificaron importantesbeneficios potenciales al respaldar sistemas eléctricos que están cerca del límite de sucapacidad térmica. Como consecuencia, PG&E instaló una planta de 500 kW que haproporcionado un satisfactorio alivio térmico a la subestación del poblado de Kermandesde julio de 1993 [32]. I.6.2 Técnicas de detección de corrientes reactiva y armónicas Finalmente, se presenta la investigación existente en torno a las funciones del FAcon las que cuenta el Sistema de Cogeneración desarrollado, enfocándose a los métodosdel sistema de detección de corrientes reactiva y armónicas (CRA) para el control decorriente. Dentro de los circuitos de detección de CRA se presentan a continuación losmétodos recientemente publicados. Uno de ellos muestra una configuración de filtro tipo “peine” adaptable conrespuesta al impulso infinito, con la finalidad de estimar y recuperar la señal armónica deun sistema de potencia. Se emplea el algoritmo de la Máxima Posibilidad Aproximada(Approximate Maximum Likelihood) para actualizar los parámetros. Esta solución secaracteriza por una carga computacional modesta, capacidad de seguimiento efectiva yprovee la recuperación de las corrientes armónicas con poca o ninguna distorsión [33]. En otro trabajo se describe un sistema basado en un inversor PWM, regulado encorriente, en el que se utiliza el seguimiento constante del error (Error-Tracking Mode);lo que permite la compensación instantánea de la corriente. La corriente que se generaincluye un error de referencia dado [34]. Existe también un método de control para un sistema de compensacióninstantánea de corriente reactiva y supresor de armónicos. Este opera sin sensar la5 Sistema Fotovoltaico de Inyección de Potencia Activa (SFIPA, ver sección III.2) 19
  28. 28. CENIDET Capítulo I. Antecedentesdemanda reactiva y las no linealidades presentes en la carga. El proceso de compensacióninstantánea, se alcanza sin emplear algún control lógico complicado, por ello aumenta laconfiabilidad del sistema. El compensador es operado en modo ciclo a ciclo conregulación en corriente para lograr la ventaja de compensar instantáneamente [35]. Un sistema de control semejante al anterior, consiste en obtener una función deerror, calculada “en línea”, que es la diferencia entre la corriente de la carga y la forma deonda de referencia generada por el propio control. Dicha señal representa el contenidoarmónico de la corriente a compensar y es obtenida mediante la sustracción de lacomponente activa de la corriente sensada de la carga. La corriente de error generada porla etapa de control puede posteriormente ser procesada por un controlador de corrientepara minimizar los errores en estado estable y dinámico de la carga. Luego esta señal sellevará a la etapa de generación de señales PWM utilizando la técnica de comparacióntriangular [36]. Por último, se tiene que los métodos de detección de CRA convencionales(llámese detección armónica por filtro pasa banda, transformada rápida de Fourier,análisis de Fryze o por la teoría de la potencia reactiva instantánea) son afectados por ladistorsión de la tensión, puesto que son sistemas utilizados en lazo abierto, los cuales sonsensibles a las variaciones de los parámetros de los componentes y a las condiciones deoperación. Esto afecta directamente la precisión de la medición. Una solución que venceestas limitaciones existentes es el método de detección adaptable que se basa en unsistema en lazo cerrado que emplea la cancelación adaptable de interferencias. Susventajas son: el ancho de banda se comporta como el de un filtro de 2º orden que puedeser regulado fácilmente al controlar la amplitud de la entrada de referencia y la gananciadel integrador (esto si se detecta únicamente corrientes armónicas); las características deoperación del sistema son casi independientes de las variaciones de los parámetros de loselementos; cuando la frecuencia fundamental se desvía, ocurriendo una distorsión en lafuente de tensión de CA, el sistema opera adecuadamente como si estuviera funcionandonormalmente y tiene una capacidad excelente de adaptación [37]. I.7 Aportaciones Mediante el desarrollo del presente tema de tesis, se lograron las siguientesaportaciones: • Ofrecer una solución adicional, para tener el mejor aprovechamiento de la red eléctrica, en los estudios desarrollados en la línea de investigación de Calidad y Ahorro de energía. • Desarrollar un prototipo de laboratorio, monofásico, con funciones de FA paralelo, del tipo fuente de tensión y salida en corriente; con un circuito de detección de corrientes reactiva y armónicas (CDCRA) que optimice el diseño con respecto a soluciones relativamente complejas y cuyo impacto económico es significativo. 20
  29. 29. CENIDET Capítulo I. Antecedentes Figura I.7.- Configuración general del prototipo. Además, tomando en cuenta el diseño del sistema fotovoltaico de inyección depotencia activa (SFIPA) como la plataforma establecida para basar el desarrollo de estetrabajo de investigación; en la figura I.7 se muestra la configuración general del sistemade cogeneración con funciones de filtrado activo integradas; cuyas características son: • Compensar la potencia reactiva. • Compensar la potencia de distorsión (fasor D), hasta una frecuencia de 900Hz. • Tener capacidad de operar con cualquier valor de P,Q y D, con una potencia S = 1 kVA. 21
  30. 30. CAPÍTULO II SFV Interconectados a Red II.1 Introducción En varias ciudades de países tecnológicamente avanzados, se hace más frecuenteobservar instalados en techos de edificios comerciales y habitacionales pequeños SFVinterconectados con la red, cuyo propósito es generar al menos parte de la energía queconsumen; ello se ha visto motivado conforme los costos de esta tecnología handisminuido. Esto muestra que el campo de aplicación de dichos sistemas se amplia, yaque su principal utilidad no será solamente en sitios remotos a donde es difícil y costosoextender la red eléctrica, sino también en donde ésta ya existe, puesto que interactuaráncon ella. Como se ha comentado en el capítulo anterior, la interconexión con la red de SFVdispersos presenta algunas ventajas para la compañía eléctrica y para los usuarios,incluyendo la nivelación de carga al reducir los picos de demanda máxima, el soporte detensión y la disminución de pérdidas por transmisión y distribución (TyD). Sin embargo,plantea también algunas cuestiones de carácter técnico y normativo por resolver comoson: la calidad de la energía suministrada a la red por parte de los SFV, esto con lafinalidad de no degradar la calidad del sistema eléctrico; reglamentos de protección yseguridad; el desarrollo de lineamientos de interconexión; aspectos tarifarios yprocedimientos de autorización y contratación con la compañía eléctrica; entre otros [28].Las metas de esta tesis están orientadas hacia la calidad y ahorro de la energía eléctrica,por lo tanto en este capítulo se tratarán aspectos específicos relacionados con ello. Se aborda también el tema de la generación eléctrica distribuida, tanto su conceptocomo sus beneficios, debido al papel que juegan los SFV en este tipo de esquema.
  31. 31. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red Módulo de Control ESFV ECA Cargador de Baterías EZL VCA + Filtro ZL VBAT Celdas - FV Inversor Figura II.1.- Diagrama a bloques de un SFV interconectado a red. Por último, se presenta de manera general, las soluciones técnica yeconómicamente viables utilizadas en la actualidad para incrementar la calidad de la redeléctrica. Se concluye con la presentación de la solución seguida para este trabajo detesis. Un SFV interconectado con la red eléctrica es aquel que opera en paralelo conella. Normalmente existe una carga local ZL (usuario), que puede recibir energía de la redy del SFV o de uno solo de ellos, dependiendo de los valores instantáneos de carga ygeneración FV. Una instalación de este tipo también se puede denominar SFV interactivocon la red o SFV conectado en paralelo con la red. En el diagrama a bloques de un SFVinterconectado con la red eléctrica de la figura II.1, se tiene el flujo de energía entre elSFV (ESFV), el usuario (EZL) y la red eléctrica (ECA). Este último es bidireccional debido aque la red suministra energía eléctrica al usuario; pero si en un determinado momento(p.e. con máxima irradiancia solar) el SFV genera suficiente energía, de manera quesupera la demandada por el usuario, entonces se tendrá un excedente que será inyectado ala red eléctrica. Esto último abre la posibilidad al usuario no solamente de evitar comprarenergía a la compañía eléctrica (sobre todo en los picos de demanda máxima, cuyo costoes alto); sino de poder venderle dicho excedente, por lo menos durante ese periodo. II.2 Aplicación de los SFV interconectados a red En un extenso estudio presentado en [28], se estableció que las aplicacionesactuales de los SFV interconectados a red se pueden agrupar en cuatro áreas: sistemasresidenciales, estaciones centrales, estaciones de apoyo a la red y sistemas integrados enedificios. • Sistemas residenciales En muchos países industrializados, el nivel de electrificación es cercano al 100%,por lo que los SFV autónomos (no conectados a la red) tienen poca aplicación. Por otraparte, la tierra disponible es escasa y costosa. Estos dos factores llevaron al desarrollo delconcepto de SFV conectados a la red eléctrica instalados en techos de casas habitación yde edificios (incluso fachadas). Este tipo de instalaciones ha tenido gran auge desdefinales de la década pasada en Europa y Japón y, en menor escala, en EU. Estos sistemasson generadores dispersos de pequeña capacidad (1-10 kW). La interconexión puede ser 24
  32. 32. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Redmonofásica o trifásica y se realiza con el sistema de distribución normalmente en el puntode la acometida eléctrica [28]. • Estaciones centrales Este concepto deriva del esquema de generación convencional que prevalece en elmundo hasta ahora. La generación de potencia base es la meta más ambiciosa de latecnología FV; sin embargo, no se encuentra todavía en el nivel de madurez para talmercado. La viabilidad de grandes centrales FV está condicionada también al desarrollode tecnologías de almacenamiento eficientes y económicas, dado que la energía FV enprincipio no es despachable, se produce en la medida en que el recurso solar estádisponible. Pese a lo anterior, existen situaciones en las cuales el uso de SFVmultimegawatt resulta de interés para las empresas eléctricas, especialmente en sitiosdonde la mayor incidencia de radiación solar coincide con los picos de demanda máxima. • Estaciones de apoyo a la red Estas estaciones son probablemente la primera aplicación de sistemasinterconectados que alcance la competitividad económica sin considerar costos externos(emisiones contaminantes) ni incentivos fiscales. Técnicamente son iguales que unaestación central. La diferencia estriba en su función y localización específica dentro delsistema de distribución, características que les confieren ventajas estratégicas; las cualesse expondrán en la sección II.3.2, puesto que en esta clasificación esta ubicado estetrabajo de investigación. • Integración en edificios En Europa existe gran interés por la integración de SFV en edificios. Estossistemas se distinguen de los residenciales en que son típicamente de mayor potencia y enque el arreglo FV constituye una parte integral de la fachada del inmueble. El conceptoofrece una gran oportunidad de reducción de costos, pues además de evitarse inversionesde terreno y estructuras, los módulos FV substituyen a algunos materiales deconstrucción. Hay muchos sistemas de este tipo en operación e instalándose en variospaíses de Europa, lo mismo que en Japón y EU. II.2.1 Consideraciones para la interconexión Se dice que una línea de la red eléctrica o una subestación es candidata parainterconectarle un SFV de respaldo, cuando presentan las siguientes características:encontrarse cerca del límite de su capacidad térmica; que el perfil de la demanda coincidacon el perfil de la potencia de salida de la planta (en otras palabras, la red deberápresentar su pico mayor durante la tarde y preferentemente en verano; esto sucede enredes eléctricas con muchas cargas de aire acondicionado); que el crecimiento de la cargasea relativamente lento; que existan terrenos apropiados y disponibles en el área paraconstruir la planta. Esto es con el aspecto técnico; sin embargo, a pesar de los programasy proyectos que se han hecho hasta hoy, la interconexión con la red de SFV es todavíaobjeto de estudio, ya que hay aspectos no resueltos que surgen de las característicasparticulares tanto de las redes como de los usuarios y del tipo de clima que prevalece 25
  33. 33. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Reddonde se realiza el proyecto. Estos aspectos se pueden agrupar en tres áreas: protección yseguridad de los sistemas y personas; calidad de red; y normatividad para lainterconexión [28]. En seguida se abordan dichos aspectos, excepto el caso denormatividad citado en la sección I.4.4. El caso de calidad de red será ampliado en lasección II.4. En México de acuerdo con [38], la Ley actual de Servicio Eléctrico permite quelos particulares generen electricidad para su propio consumo, por lo que es posible que albajar los costos de los SFV, un número creciente de familias pretendan recurrir a estaopción. En general se trata de pequeños sistemas (unos cuantos kilowatts), por ello la leyexime al usuario de la necesidad de permisos para su instalación. En esta circunstancia,las instalaciones pueden darse en respuesta a las fuerzas del mercado, sin la intervenciónde la autoridad. II.2.2 Protección y seguridad Los aspectos de seguridad relacionados con la interconexión de SFV a red tienenuna importancia doble, ya que por un lado concierne a los equipos FV y los usuarios y,por el otro, a la red y sus operadores. Los puntos más importantes los podemos listar acontinuación: protección para la interfaz; formación de islas (islanding); y seguridad delas personas [28]. • Protecciones para la interfaz Las funciones de detección y eliminación de fallas que se recomiendan para lainterfaz con la red son la desconexión por alta y baja tensión; la desconexión pordesviación de frecuencia; los supresores de picos de tensión; la protección contracortocircuito del lado del SFV; la protección contra sobrecarga del inversor, y laprotección contra operación en modo aislado. Las protecciones para la interfaz deben ser capaces de discernir entre fallas en elsistema de distribución y eventos normales como picos de tensión transitorios, iguales alo que ocurren por la operación de interruptores de potencia, y caídas de tensiónmomentáneas como las que suceden al arrancar motores grandes. Otra condiciónimportante es que las protecciones del SFV no interfieran con la operación de lasprotecciones de la red y que las corrientes inyectadas en la red por generadoresdistribuidos no perturben la lógica de operación de los sistemas de protección de la red[28]. 26
  34. 34. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red Sol V1 V2 Vn Generador Generador Generador Auxiliar Auxiliar Auxiliar SW Subestación OFF Usuario Usuario Usuario Vred Residencial Residencial Residencial 1 2 n Figura II.2 Formación de islas en el esquema de generadores FV conectados a red (Islanding). • Formación de islas En la figura II.2, se tiene la red eléctrica con un número de SFV distribuidosinterconectados a ella. Si la carga de la red es cercana a la potencia entregada por los SFVen Watts y Vars en el momento de la apertura del interruptor en la subestación, lacorriente proveniente de la red es nula, dando como resultado que la tensión y lafrecuencia en la "isla" se mantengan dentro de los límites normales de operación por untiempo de varios segundos. Si existe desbalance entre la potencia real y reactivademandada y generada en la línea mayor que ± 20% en el momento de la desconexión, seproducirán fluctuaciones de tensión y frecuencia fácilmente detectables; debidoprincipalmente al suministro de energía reactiva por la red eléctrica. Por esta razón, lasprotecciones contra desviación de tensión y frecuencia se consideran proteccionesconvencionales contra operación en modo aislado. La condición de operación en modoaislado representa riesgos al personal de la empresa eléctrica, porque pueden entrar encontacto con líneas de distribución energizadas cuando se supone que no lo están.También implica riesgo de daños a los equipos de la red y de los SFV en caso de unareconexión automática con una "isla" fuera de sincronía [28]. • Seguridad de las personas La seguridad de los ocupantes de un inmueble que cuenta con un SFV es esencial.En general, los usuarios del inmueble estarán poco familiarizados con cuestiones deseguridad eléctrica. Por lo tanto, instalar un SFV en el tejado o azotea de un edificio, porrazones de espacio y captación de la radiación solar, resulta favorable, sin embargoincrementa los riesgos de accidentes y, por ende, la necesidad de desarrollar lineamientosde seguridad para este tipo de instalaciones; puesto que dicha área es de regularcirculación de personas. 27
  35. 35. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red II.3 Generación eléctrica distribuida II.3.1 Concepto En esta sección se describirá el concepto de generación distribuida (“DistributedPower”, en inglés), enfocado a energías renovables como estaciones de apoyo a la red,dado que las soluciones que da el sistema de cogeneración con funciones de filtradoactivo integradas, forman parte de las metas que se pretenden con este esquema degeneración que si bien no es de reciente invención, al menos se encuentra en los alboresde su desarrollo, y los expertos dicen que este será predominante en 2 ó 3 décadas, debidoa su apoyo a las compañías suministradoras de energía eléctrica [39]. La fuente de energía de un SFV es la radiación solar que tiene características muyespeciales. Es una fuente muy abundante, pero dispersa: sus patrones de comportamientotienen componentes cíclicas (noche y día) y aleatorias (condiciones climatológicas). Lascaracterísticas de la energía eólica, que tiene un papel protagónico actualmente en elesquema generación distribuida (como en la Ventosa, Oax. en México), son muysimilares. Como se ha dicho, después de los sistemas eólicos, los SFV tienen unaimportancia comercial en el marco de las energías renovables. Entonces, dada la variabilidad de la fuente de energía solar, pero disponibleprácticamente en cualquier lado; la evolución de los sistemas de baja capacidad es haciala instalación directa en el punto donde serán utilizados. De esta manera, los sistemasquedan ubicados de manera distribuida. Para solucionar el inconveniente de lavariabilidad en la potencia de salida se recurrió a la tecnología de almacenamiento yadominada: las baterías electroquímicas. Esta solución es buena, pero muy costosa; tantopor las baterías mismas como por su mantenimiento requerido. Posteriormente secomprobó que la variabilidad se podía solucionar con la misma red eléctrica, instalandovarios sistemas dispersos e interconectados, como una alternativa a la creciente demandade energía eléctrica. Es así como surgió el concepto de generación distribuida [39]. Es de esperarse que el desarrollo de dichos sistemas distribuidos tenga un impactopositivo en la situación energética global, en las economías y en el medio ambiente. Bastacon comentar que estos sistemas aseguran el suministro eléctrico al ocurrir algunainterrupción (apagones) en el suministro de la red eléctrica (salvando pérdidaseconómicas considerables), y permiten que el usuario reduzca el consumo de energíaeléctrica de la red durante los periodos de demanda pico, cuyo costo en dicho periodo esalto [39] y [40]. II.3.2 Beneficios El valor de la energía producida por un generador distribuido depende en granmedida de la hora del día en la que ocurre los picos de demanda. La energía suministradadurante un periodo de demanda pico puede tener un valor 3 ó 4 veces mayor que la que seproduce en otra hora del día. Por lo tanto los SFV interconectados a la red eléctrica sonparticularmente valiosos en redes con demanda pico en verano por la tarde, como sucedeen las regiones al norte de México, especialmente en el noroeste [39]. 28
  36. 36. CENIDET Capítulo II. SFV Interconectados a Red Además, se sabe que los esfuerzos que realizan las compañías eléctricas parallevar el servicio a donde se requiere resultan cada vez más costosos y menos efectivos.Conforme crece el tamaño de las líneas, el número de usuarios al final de ellastípicamente disminuye; en consecuencia su capacidad de consumo eléctrico y de pago porel servicio es más limitado, la cobranza se hace más difícil; los requerimientos demantenimiento de las líneas aumentan; crecen las pérdidas de energía a lo largo de losconductores, y baja la calidad del servicio al ser mayor la frecuencia de las interrupcionesy la variación en tensión. En consecuencia, muchos ejecutivos de las empresas eléctricaspiensan que ampliar las redes de distribución más allá de los grandes centros de carga noes buen negocio. Muchas empresas eléctricas de los países en desarrollo en lugar deextender sus líneas eléctricas, prefieren utilizar sus recursos para mantener lainfraestructura con que cuentan y ampliar en lo posible su capacidad de generación anteuna demanda urbana e industrial que crece día a día [41]. Tomando como referencia el análisis citado por [31], los siguientes conceptos sepueden cuantificar para determinar el valor de una planta FV para apoyo a la red, desde elpunto de vista de la compañía suministradora: Valor de la energía.- Es el costo de producir la misma cantidad de energía pormedios convencionales. Valor de capacidad de generación.- Es el costo del equipo convencionaldesplazado (la parte proporcional correspondiente a la capacidad del sistema). Valor de capacidad de transmisión.- representan el monto de las inversionesevitadas por concepto de TyD. Ahorro en pérdidas.- Son los costos que se evitan en pérdidas por conducción queresultan de la reducción de la potencia transmitida a través del sistema. Valor de la potencia reactiva.- Es el costo que se evita por transmisión depotencia reactiva. Confiabilidad.- Es el costo estimado por recuperación de carga tras la ocurrenciade una interrupción de la línea de alimentación. Valor ecológico.- algunas regulaciones recientes en los EU empiezan a establecercostos ecológicos asociados con la producción de energía en dólares por toneladas deNOx, SO2 y CO2 emitidos [39] Los conceptos descritos anteriormente corresponden a una planta de apoyo a lared, algunos de ellos dependen en gran medida de la localización de la planta; sinembargo la mayoría son aplicables a cualquier SFV interconectado con la red [39]. El beneficio económico de los usuarios depende del costo de compra de lacompañía, ya que de este depende del tiempo de amortización de la inversión. En variospaíses se ha establecido un crédito del 100% (costo uno a uno de energía suministrada ycomprada). Esta política tarifaria es justa si se consideran los beneficios al sistema de 29

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