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Un modelo para la ubicación de microaerogeneradores a escala comunal  Dra. Laia Ferrer 1 ,  Dr. Rafael Pastor 1 , Ms. Rodr...
Índice <ul><li>Introducción </li></ul><ul><li>Propuesta de solución </li></ul><ul><li>Modelización  </li></ul><ul><li>Proc...
Introducción <ul><li>Actualmente se están implementando proyectos de electrificación rural mediante energía eólica que se ...
Propuesta de diseño de solución <ul><li>La definición de un proyecto que combine el suministro de electricidad en una o va...
Propuesta de diseño de solución <ul><li>Ejemplo: El Alumbre </li></ul>
Modelización <ul><li>Modelo de programación lineal entera y mixta (PLEM) </li></ul><ul><ul><li>Método para formular matemá...
Estructura del modelo Modelo de programación lineal Entradas Variables Aerogeneradores: Localización y puntos de consumo a...
Consideraciones para la modelización <ul><li>Los  tipos de aerogeneradores  diferencian tanto modelos como diferentes altu...
Modelo de Programación Lineal aerogeneradores conductores baterías inversores reguladores - Demanda - Baterías - Caída ten...
Proceso de resolución <ul><li>Proceso de resolución secuencial: </li></ul><ul><ul><li>Permite la elección entre soluciones...
<ul><li>Ejemplo: El Alumbre </li></ul><ul><li>Proyecto de electrificación mediante microaerogeneradores de la comunidad de...
<ul><li>Ejemplo: El Alumbre </li></ul>Aplicación a un caso práctico
Datos de Entrada  -  Recurso eólico  <ul><li>Modelo utilizado: WAsP  </li></ul><ul><ul><li>Energía generada por cada tipo ...
Datos de Entrada -  Recurso eólico  <ul><li>Ubicación de los aerogeneradores: </li></ul><ul><ul><li>Caso 1: los puntos de ...
Resultados <ul><li>Soluciones: </li></ul><ul><ul><li>Caso 1: 6 aerogen. de 500 W y 2 de 100 W, 24167 Wh/día, $24035.  </li...
Resultados <ul><li>Las 2 soluciones encontradas reducen los costes de inversión inicial y aumentan la energía total genera...
Conclusiones <ul><li>Se presenta un modelo el diseño de sistemas de electrificación rural basados en la utilización de ene...
Extensiones <ul><li>Afinar la definición del sistema mejorando el cálculo de los costes y incorporando los costes de opera...
Muchas gracias Un modelo para la ubicación de microaerogeneradores a escala comunal   Dra. Laia Ferrer 1 ,  Dr. Rafael Pas...
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Un modelo para la ubicación de Microaerogeneradores a escala comunal

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L. Ferrer UPC
XV Simposio Peruano de Energia Solar (perusolar.org)

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Un modelo para la ubicación de Microaerogeneradores a escala comunal

  1. 1. Un modelo para la ubicación de microaerogeneradores a escala comunal Dra. Laia Ferrer 1 , Dr. Rafael Pastor 1 , Ms. Rodrigo Sempertegui 2 , Dr. Enrique Velo 1 1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUNYA, ESPAÑA 2 UNIVERSIDAD DE CUENCA, ECUADOR XV SIMPOSIO PERUANO DE ENERGIA SOLAR (XV SPES) Cajamarca, 12 de noviembre del 2008
  2. 2. Índice <ul><li>Introducción </li></ul><ul><li>Propuesta de solución </li></ul><ul><li>Modelización </li></ul><ul><li>Proceso de resolución </li></ul><ul><li>Aplicación a un caso práctico </li></ul><ul><li>Resultados </li></ul><ul><li>Conclusiones y extensiones </li></ul>
  3. 3. Introducción <ul><li>Actualmente se están implementando proyectos de electrificación rural mediante energía eólica que se basan en la instalación microaerogeneradores individuales, por punto de consumo. </li></ul><ul><li>Limitaciones </li></ul><ul><ul><li>En algunos puntos de consumo </li></ul></ul><ul><ul><li>la energía generada puede ser </li></ul></ul><ul><ul><li>insuficiente por falta de recurso </li></ul></ul><ul><ul><li>No se considera utilizar </li></ul></ul><ul><ul><li>aerogenadores de mayor </li></ul></ul><ul><ul><li>potencia para varios puntos de </li></ul></ul><ul><ul><li>consumo </li></ul></ul><ul><ul><li>No considera puntos o familias </li></ul></ul><ul><ul><li>de mayor/menor consumo </li></ul></ul><ul><ul><li>No es fácilmente adaptable </li></ul></ul><ul><ul><li>a un incremento de la demanda </li></ul></ul>Tipos de microaerogeneradores Tipos de puntos de consumo
  4. 4. Propuesta de diseño de solución <ul><li>La definición de un proyecto que combine el suministro de electricidad en una o varias microrredes y de puntos asilados de generación, en la que se considere el viento en los distintos puntos y la demanda de cada consumidor </li></ul><ul><ul><li>No condiciona el consumo de una </li></ul></ul><ul><ul><li>familia al recurso eólico disponible </li></ul></ul><ul><ul><li>en la ubicación de la casa </li></ul></ul><ul><ul><li>Puede ahorrar costes utilizando </li></ul></ul><ul><ul><li>equipos grandes que distribuyan </li></ul></ul><ul><ul><li>a varios puntos de consumo </li></ul></ul><ul><ul><li>Puede considerar demandas </li></ul></ul><ul><ul><li>diferentes de diferentes puntos </li></ul></ul><ul><ul><li>Puede ser más fácilmente adaptable </li></ul></ul><ul><ul><li>a incrementos de consumo </li></ul></ul>Tipos de puntos de consumo Tipos de microaerogeneradores
  5. 5. Propuesta de diseño de solución <ul><li>Ejemplo: El Alumbre </li></ul>
  6. 6. Modelización <ul><li>Modelo de programación lineal entera y mixta (PLEM) </li></ul><ul><ul><li>Método para formular matemáticamente un problema de optimización combinatoria </li></ul></ul><ul><ul><li>Explorar diferentes combinaciones de ubicación de cada tipo de máquina de las microrredes de distribución que serian necesarias, considerando el recurso y los puntos de demanda </li></ul></ul><ul><li>Ventajas </li></ul><ul><ul><li>Permite modelar problemas muy amplios y su diseño es modular </li></ul></ul><ul><ul><li>Permite su resolución óptima con software especializado </li></ul></ul><ul><li>Se basa en la definición de un conjunto de: </li></ul><ul><ul><li>Parámetros: especifican los datos de entrada del problema </li></ul></ul><ul><ul><li>Variables: definen la configuración de la solución </li></ul></ul><ul><ul><li>Función Objetivo: define el criterio de resolución </li></ul></ul><ul><ul><li>Restricciones: especifican el conjunto de condiciones que deben cumplirse para que la solución sea factible </li></ul></ul>
  7. 7. Estructura del modelo Modelo de programación lineal Entradas Variables Aerogeneradores: Localización y puntos de consumo a los que suministra energía Microrred: diseño, conductores utilizados Parámetros Tipos de aerogeneradores: Coste adquisición, características técnicas Microrred: conductores, postes, costes y características Recurso eólico disponible: Energía generada por cada aerogenerador en cada punto Baterías, inversores, reguladores, características Función objetivo Coste inicial Energía generada Restricciones Salidas Puntos de consumo: Distancias, localización, Demanda Especificaciones técnicas: Caídas tensión, inversores, reguladores, baterías Resultados Energía generada Coste Satisfacción de la demanda Coste reposición
  8. 8. Consideraciones para la modelización <ul><li>Los tipos de aerogeneradores diferencian tanto modelos como diferentes alturas de colocación de la turbina, dentro de un mismo modelo. </li></ul><ul><li>La energía se almacena en baterías situadas en el mismo punto de generación. Su capacidad viene dada por la demanda, por la autonomía y el porcentaje de descarga. Cada banco tiene un regulador de carga. </li></ul><ul><li>Todos los puntos de consumo requieren la misma autonomía . Sistemas de respaldo individuales pueden apoyar a puntos de consumo especiales. </li></ul><ul><li>La distribución de electricidad (generación-consumo) se realiza en corriente alterna monofásica , a la tensión de consumo. En cada banco de baterías un inversor transforma a corriente alterna a la tensión de consumo. </li></ul><ul><li>Como costes económicos se consideran la inversión inicial y la reposición de baterías, inversores y reguladores durante la vida útil de la instalación. </li></ul><ul><li>Los costes de operación, mantenimiento y acometida no se incorporan en el modelo porque no dependen significativamente de la solución. </li></ul><ul><li>Las pérdidas de energía en equipos se incorporan como un factor aplicado a la demanda. Las pérdidas de potencia se consideran compensadas por el factor de simultaneidad. </li></ul>
  9. 9. Modelo de Programación Lineal aerogeneradores conductores baterías inversores reguladores - Demanda - Baterías - Caída tensión - Inversores - Reguladores <ul><li>Función objetivo </li></ul><ul><li>Restricciones </li></ul>
  10. 10. Proceso de resolución <ul><li>Proceso de resolución secuencial: </li></ul><ul><ul><li>Permite la elección entre soluciones de mínimo coste y alternativas que valoren la cantidad total de energía generada. </li></ul></ul>FO: Min Coste Solución S1 Coste C1 FO: Max Energía Coste = C1 + margen Solución S2 Coste C2 Comparar soluciones C1-C2 / S1/S2 Solución definitiva
  11. 11. <ul><li>Ejemplo: El Alumbre </li></ul><ul><li>Proyecto de electrificación mediante microaerogeneradores de la comunidad de El Alumbre (sierra norte de Perú). Promotores: Soluciones Prácticas – ITDG (Perú), Ingeniería Sin Fronteras – Cataluña (España ). </li></ul><ul><li>Demanda: Una escuela (1000 W, 2000Wh/día) y 21 domicilios (300W, 400Wh/día). </li></ul><ul><li>Aerogeneradores: IT-PE-100 (100W a 6,5 m/s) y SP-500 (500W a 7 m/s);7m de altura. </li></ul><ul><li>Baterías :113Ah, 12v; autonomía requerida: 2 días. </li></ul><ul><li>Conductores de aluminio sin aislamiento de secciones entre 8 y 16 mm 2 </li></ul><ul><li>Tensión: 220v nominal, (210v mín, 230v máx); caída de tensión máx 4,5% </li></ul><ul><li>Inversores: Inversor 1: 300W, Inversor 2: 1000W; Rendimiento 70%. </li></ul><ul><li>Reguladores : Regulador 1: 35A, Regulador 2: 60A </li></ul><ul><li>No se tiene en cuenta los costes de reposición de equipos y considera solo el objetivo de minimizar costes, a fin de comparar con el diseño del sistema real. </li></ul>Aplicación a un caso práctico
  12. 12. <ul><li>Ejemplo: El Alumbre </li></ul>Aplicación a un caso práctico
  13. 13. Datos de Entrada - Recurso eólico <ul><li>Modelo utilizado: WAsP </li></ul><ul><ul><li>Energía generada por cada tipo de aerogenerador en cada punto </li></ul></ul><ul><ul><li>Cálculo a partir del mapa de viento a microescala a partir de: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Datos de viento medidos de un anemómetro </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Orografía del terreno </li></ul></ul></ul>
  14. 14. Datos de Entrada - Recurso eólico <ul><li>Ubicación de los aerogeneradores: </li></ul><ul><ul><li>Caso 1: los puntos de consumo </li></ul></ul><ul><ul><li>Caso 2: los puntos de consumo y los puntos de la cuadrícula </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cuadrícula de 500 m de resolución, con un área de 3,5 km x 3,5 km. Algunos nodos no se consideran por estar demasiado alejados </li></ul></ul></ul>
  15. 15. Resultados <ul><li>Soluciones: </li></ul><ul><ul><li>Caso 1: 6 aerogen. de 500 W y 2 de 100 W, 24167 Wh/día, $24035. </li></ul></ul><ul><ul><li>Caso 2: 6 aerogen. de 500 W y 1 de 100 W, 22139 Wh/día, $23681. </li></ul></ul><ul><li>Ambas soluciones tienden a utilizar aerogeneradores de mayor potencia para cubrir la demanda de varios domicilios (entre 3 y 5). </li></ul>
  16. 16. Resultados <ul><li>Las 2 soluciones encontradas reducen los costes de inversión inicial y aumentan la energía total generada frente al caso base (aerogeneradores individuales). </li></ul><ul><li>El coste de la solución del caso 1 es ligeramente superior al del caso 2, pero la energía generada en el caso 1 es significativamente mayor. </li></ul>
  17. 17. Conclusiones <ul><li>Se presenta un modelo el diseño de sistemas de electrificación rural basados en la utilización de energía eólica. El modelo resuelve las diferentes combinaciones de ubicación de aerogeneradores y diseño de microrredes para satisfacer la demanda minimizando el coste. </li></ul><ul><li>Se ha desarrollado un modelo de programación lineal entera y mixta, que ha sido validado mediante su aplicación al caso real implementado en la comunidad de El Alumbre, en la sierra norte del Perú. </li></ul><ul><li>Los resultados obtenidos proponen soluciones que reducen los costes de inversión inicial, aumentan la producción de energía generada respecto al caso base implementado (aerogeneradores individuales). </li></ul><ul><li>Las soluciones encontradas tienden a utilizar los equipos de generación de más potencia para suministrar energía a varios puntos de consumo con pequeñas microrredes. </li></ul>
  18. 18. Extensiones <ul><li>Afinar la definición del sistema mejorando el cálculo de los costes y incorporando los costes de operación y mantenimiento dependientes de la solución y las pérdidas de energía en la red. </li></ul><ul><li>Ampliar el modelo permitiendo que los bancos de baterías no sean instalados en los puntos de generación e incorporando una posible red de distribución a media tensión. </li></ul><ul><li>Adaptar el modelo a sistemas híbridos que combinen la generación de energía eólica, solar, hidráulica y térmica. </li></ul><ul><li>Optimizar la modelización y estudiar procesos complementarios que aceleren la resolución, para resolver de forma óptima problemas o ejemplares de mayor tamaño. </li></ul>
  19. 19. Muchas gracias Un modelo para la ubicación de microaerogeneradores a escala comunal Dra. Laia Ferrer 1 , Dr. Rafael Pastor 1 , Ms. Rodrigo Sempertegui 2 , Dr. Enrique Velo 1 1 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CATALUNYA, ESPAÑA 2 UNIVERSIDAD DE CUENCA, ECUADOR XV SIMPOSIO PERUANO DE ENERGIA SOLAR (XV SPES) Cajamarca, 12 de noviembre del 2008

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