MQUINAS ELCTRICAS II

proyecto:

GENERACION ELCTRICA HIBRIDA CON RECURSOS RENOVABLES:

I. OBJETIVOS:

Analizar las diferentes tcnicas o mtodos de dimensionado de los componentes del sistema hbrido de generacin de energa elctrica. Comparar el uso de energa solar y aprovechamiento de recursos renovables en la alimentacin del sistema propuesto. Probar y comparar algunas causas y efectos que proporciona el proyecto en mencin. Evaluar la aplicabilidad de los sistemas de informacin geogrfica de libre acceso para analizar la viabilidad del proyecto. Sugerir la implementacin del proyecto como mecanismo de desarrollo sostenible para regiones rurales o sin acceso al sistema de distribucin convencional. Demostrar que la metodologa propuesta permitir mejorar las condiciones tcnico-econmicas de sistemas que emplean solamente combustible inorgnico en zonas aisladas del pas por ejemplo.

II. rESUMEN:

Este artculo presenta opciones que se pueden implementar para suministrar energa elctrica a zonas que por su ubicacin geogrfica o baja demanda de energa elctrica no han sido atendidas por redes interconectadas, o por estar aisladas no ofrecen un servicio confiable y de buena calidad.

Se plantean opciones de sistemas de generacin hbrida a partir de diferentes fuentes de energa, biocombustibles, viento, combustibles fsiles, PCHs, o cualquier otro recurso con el que se cuente en la regin que se desea atender.

El desarrollo de mquinas ms eficientes y la necesidad de nuevas fuentes de energa, adems de una poltica de uso racional, permite proponer que se desarrollen sistemas de generacin y distribucin que administren tanto los recursos energticos disponibles en los tiempos y cantidades ptimas, como el consumo y aprovechamiento en los servicios y necesidades bsicas.

III. introduccin:

Los sistemas de generacin, transmisin y distribucin de energa elctrica, han sido tradicionalmente construidos con base en dos premisas: la primera, atender la mayor cantidad de usuarios llevando energa elctrica hasta el sitio de consumo, requiere concentracin de la demanda o que se pueda agrupar en la misma va de las redes de transporte. La segunda, obtener energa elctrica en grandes cantidades con un criterio de economa de escala, de sitios con gran cantidad de energa en forma natural, en este esquema se requiere que el sitio de generacin cuente con gran cantidad de recursos energticos y de redes de transmisin para transportar energa elctrica hasta los sitios de consumo.

Estos criterios han permitido el desarrollo de los sistemas interconectados existentes y el fomento del uso de la energa elctrica en aplicaciones antes atendidas con otras formas bsicas de energa, sin embargo la creciente demanda y el uso de grandes cantidades de recursos no renovables y contaminantes, invitan a revaluar el uso que se le est dando a la energa elctrica as como el uso de los recursos utilizados en su obtencin. En este sentido se han propuesto estrategias de uso racional de energa en cualquiera de sus formas, en el caso particular de la elctrica se ha fomentado el desarrollo de equipos ms eficientes para diferentes aplicaciones.

Por otro lado, los sistemas existentes an no ofrecen un cubrimiento universal y por el contrario se observan problemas de confiabilidad y calidad en los instalados. Las zonas que no hacen parte de los sistemas interconectados, son en general de baja demanda de potencia elctrica o de difcil acceso para la instalacin econmica y tcnicamente viable de la red, en otros sitios es posible contar con un suministro discontinuo con parmetros de calidad de servicio muy bajos. Estas zonas no interconectadas, ZNI, y los sitios de baja calidad de servicio, son el objetivo de las propuestas de suministro elctrico utilizando sistemas hbridos, que consisten en la utilizacin de varias fuentes de energa para su conversin en energa elctrica segn la disponibilidad de recursos y la demanda de una regin.

Una de las caractersticas que presenta la implementacin de generacin incluyendo fuentes no convencionales de energa tiene que ver con la disponibilidad del recurso energtico, ya que por su naturaleza, es de tipo aleatorio o discontinuo, se puede ofrecer un suministro continuo dentro del rango de potencia instalado almacenando energa que no se utiliza en unos instantes para los momentos en que no se cuenta con la energa directamente de la fuente.

En estas propuestas de cambio del sistema de potencia en el mbito mundial surgen esquemas que proponen que las nuevas inversiones en generacin se aparten de las grandes unidades generadoras que en su momento ofrecieron importantes economas de escala, en favor del uso de equipos cada vez ms compactos y eficientes, pero con mayores economas en los procesos de manufactura. Esta reduccin en la capacidad de generacin implica una reduccin de las distancias entre la fuente y el usuario de la energa elctrica pero tambin es una oportunidad para aprovechar las pequeas cantidades de energa con las que cuentan las regiones incluso haciendo parte de un sistema interconectado.

IV. FUNDAMENTO TERICO:

1. SISTEMAS HBRIDOS:

Se puede denominar hbrido a un sistema de generacin que incluye fuentes convencionales y no convencionales, tambin puede llamarse hbrido el sistema compuesto por ms de una fuente sea cual sea, renovable o no, as podemos encontrar entonces sistemas hbridos renovables, para efectos de este artculo nos referimos como hbrido al sistema conformado por fuentes de energa no convencionales incluyendo fuentes de energa convencionales. Los mecanismos de desarrollo limpio, MDL, se plantean como unidades de generacin totalmente renovables y no contaminantes, desde este punto de vista no se incluyen sistemas convencionales de generacin como pueden ser los grupos electrgenos, plantas diesel o a gas natural.

Si se desea reemplazar tecnologas contaminantes este es un criterio totalmente vlido, sin embargo, para regiones no cubiertas por los sistemas de interconexin, se puede lograr un punto intermedio que permita hacer viable la operacin de un esquema conjunto de generacin que aproveche los recursos energticos posibles y cuente con un soporte como el ya disponible en gran cantidad en las ZNI en Colombia como es el diesel.

Los costos individuales de propuestas de generacin no convencional no pueden competir an con el costo promedio del sistema interconectado, la propuesta consiste en mezclar las ventajas de varias fuentes, y gracias a la reduccin de cargos como el de transmisin, que de hecho para ZNI es muy alto por eso no se ha implementado, proporcionar una solucin a un costo viable y tcnicamente posible, adems reduciendo cargos como el costo de combustible ya que en este esquema se propone que las plantas diesel o a gas natural estn de soporte en consumos pico, este tipo de generadores se convierten en reserva del sistema de manera que solo se utiliza en casos de alta demanda, durante pocas horas y cada dos o tres semanas, as mismo hay disminucin en el costo de operacin, mantenimiento y de emisiones contaminantes de la mquina.

Las tecnologas de generacin no convencional, aunque cada vez son ms eficientes y de menor costo an no pueden competir con los costos del sistema interconectado y siguen siendo objeto de estudio y desarrollo. Los sistemas ms promisorios y con mejores resultados ya implementados a nivel mundial son el elico y el fotovoltaico.

2. FUENTES NO CONVENCIONALES:Las fuentes no convencionales de energa son aquellas que an estn en desarrollo y por sus costos tampoco son de uso generalizado, sin embargo el agotamiento de los hidrocarburos y en general de recursos no renovables, ha impulsado en gran medida la investigacin en es- tos cambios de tecnologa. Durante las ltimas tres dcadas las fuentes de energa ms estudiadas han sido la solar fotovoltaica, solar trmica y la energa elica, aunque en el caso de la solar sus avances parecen no haber aumentado, son sistemas de gran aceptacin sobre todo en zonas aisladas. ltimamente ha sido la energa Eolo elctrica la que ha protagonizado los mayores avances en desarrollo y aplicacin. Otras fuentes de energa tambin objeto de estudio y con las que se puede contar en Colombia son: Biomasa, muy usada en comunidades rurales dedicadas a la ganadera o produccin avcola, las excretas de animales se depositan en bio digestores anaerbicos para obtener gas metano utilizado preferencialmente para coccin de alimentos, sin embargo no es recomendada para generacin de energa elctrica. Endotrmicas, en este tipo de central se incineran desperdicios de madera proveniente de aserraderos, produciendo calor y vapor para accionar un grupo turbina generador. Celdas de combustible, una alternativa de muy alta tecnologa, muy costosa y que requiere personal muy calificado. Pequeas centrales hidroelctricas, la energa hidrulica puede considerarse convencional, pero no ha sido aprovechada en pequea escala a pesar del potencial con el que se cuenta.

3. MODELO DE FUNCIONAMIENTO:

El sistema puede tener diversos generadores, como:

a. Generador elico.b. Generadores fotovoltaicos.c. Generador elctrico con motor de combustin interna.d. Sistema centralizado de almacenamiento, control y distribucin de energa.

4. DESCRIPCIN GENERAL DE CADA SISTEMA:

Las energas alternativas se han enfocado en el aprovechamiento de cualquier cantidad de energa, considerando la modularidad y flexibilidad del sistema para escalar diferentes capacidades segn la demanda sin perder las inversiones iniciales, as como ofrecer un alto grado de seguridad frente a condiciones ambientales extremas. El impacto que tengan estos proyectos depender de la capacidad de replicarse en otros sitios teniendo en cuenta las diferencias de ubicacin, recursos, demanda y aceptacin.

5. CARACTERSTICAS DEL SISTEMA HBRIDO:

Un requerimiento comn en los sistemas de energa no convencional, es el almacenamiento. Como se ha mencionado la continuidad de generacin depende de la disponibilidad del recurso, en el caso de la energa solar solo se tiene disponibilidad de algunas horas del da, en la elica se requiere del viento, en la hidroelctrica del caudal o la cada de agua, por esta razn la energa elctrica obtenida debe utilizarse inmediatamente, de manera que se almacena en bateras que permiten disponer de la energa no utilizada inmediatamente para aprovecharla cuando los requerimientos de energa superan el aporte de las fuentes alternas.

La electrificacin de zonas aisladas, o cargas que por su naturaleza son de difcil acceso, repetidoras de sistemas de comunicaciones, sealizacin de carreteras, representan una gran incertidumbre en trminos de demanda de potencia y consumo de energa, as como condiciones ambientales variables, que dependen de la ubicacin geogrfica, as como los aspectos socioeconmicos y polticos de las comunidades.

Con el fin de lograr xito en un proyecto de generacin hbrida debe ser adecuado para sitios aislados, se debe considerar la logstica para la instalacin, el suministro de combustible, operacin, mantenimiento y tiempo de respuesta para la reparacin de fallas, estos sistemas son de particular inters porque no consumen recursos naturales no renovables y su impacto al medio ambiente es muy bajo. Se debe dar un particular nfasis sobre la calidad del suministro de energa elctrica, de sta depende que los usuarios acepten utilizarla habitualmente, para evaluar el proyecto se deber incluir la disponibilidad de energa proyectada, la facilidad del sistema para alimentar cargas heterognea las 24 horas de un da, la capacidad para soportar transitorios, cortocircuitos y sobrecargas, deben identificarse claramente las limitaciones de suministro de energa.

Un buen suministro de energa elctrica requiere un alto grado de confiabilidad, se debe evaluar el grado y frecuencia de riesgos tcnicos del sistema, el tiempo promedio entre fallas, la redundancia, as como los tipos de fallas y sus efectos. Por otro lado la planeacin de una correcta operacin y mantenimiento permitir reducir costos considerablemente, la ubicacin de stos sistemas de generacin y su acceso no permite que este aspecto sea algo improvisado, de manera que hay que capacitar a la comunidad para estas labores.

El sistema se debe disear con un grado de automatismo tal que haga innecesaria la presencia regular de un operador, por lo que en caso de estimarse necesario se puede instalar adicionalmente un sistema de adquisicin de datos para que en forma remota se puedan consultar las variables ms importantes de la operacin del sistema. El requerimiento ms importante de los sistemas para zonas aisladas es la aceptacin de la comunidad que debe involucrarse desde el momento en que se concibe el proyecto, durante la instalacin del sistema, as como en la operacin del mismo, desarrollando un sentido de propiedad del sistema que asegura la proteccin de los equipos.

La capacitacin en uso racional de la energa, sobre todo para evitar el exceso de las condiciones originales de diseo, que podrn causar daos irreversibles en algunos de los componentes del sistema, en especial las bateras. Es recomendable hacer un seguimiento del impacto en las condiciones de vida despus de la instalacin.

Otro aspecto importante para tener en cuenta es la vida til del sistema, en especial porque no todos los componentes del equipo tienen la misma duracin, se deber prever la reposicin de algunos 2 o 3 veces durante el ciclo de vida del equipo. Las bateras, que representan un 30% del costo total del sistema, duran aproximadamente una tercera parte que los paneles solares y que la electrnica de potencia, por lo que habr que tomar este hecho en cuenta al evaluar los costos de operacin y mantenimiento del sistema, segn sean los componentes.

Las energas alternativas se han enfocado en el aprovechamiento de cualquier cantidad de energa, considerando la modularidad y flexibilidad del sistema para escalar diferentes capacidades segn la demanda sin perder las inversiones iniciales, as como ofrecer un alto grado de seguridad frente a condiciones ambientales extremas. El impacto que tengan estos proyectos depender de la capacidad de replicarse en otros sitios teniendo en cuenta las diferencias de ubicacin, recursos, demanda y aceptacin.

MODELO DEL SISTEMA DE ENERGA

6. DEL GENERADOR EN DIESEL AL SISTEMA HBRIDO:

La fuente de potencia ininterrumpida, UPS, convencional aplica una tcnica de doble conversin. Consta de un conversor AC/DC, y un inversor DC/AC a la salida. En este caso se tienen dos clases de UPS de tipo general; unas que garantizan el suministro de energa a la carga sin interrupcin y que requieren de cargador e inversor con el 100% de capacidad de funcionamiento continuo. La energa fluye a travs del cargador, bateras e inversor, excepto en casos de mantenimiento, y otras que utilizan la misma lnea de flujo de energa pero solo en caso de falla de la red primaria de alimentacin y requieren cargador ms pequeo.

V. DATOS ESTADSTICOS:

evolucin de la demanda en consumo de combustible

generacin-contribucin fotovoltica del combustible orgnico

VI. EQUIPOS Y/O INSTRUMENTOS UTILIZADOS:

1.5 m de triplay. 3 paneles solares de 3 voltios c/u. Una batera de 6 voltios. 5 m de cable mellizos. 2 m de cable de cobre. Pistola de silicona. Tijera. 3 barras de silicona. 1 multmetro. Un balde mediano Papel de nacimiento

MULTMETRO, BATERA Y CABLES. TRIPLAY Y CARTN

VII. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

1. Colocar el triplay en posicin horizontal y usarlo como base, e ir armando sobre l los diferentes accesorios a utilizar.

2. Armar los puentes de alta tensin con ayuda de la tijera y a base de alambres, que luego debern ser asegurados con la silicona.

3. Armado de algunas montaas con ayuda del papel de nacimiento, las cuales harn referencia al paisaje que est presente en nuestra sociedad hoy en da y que es de importancia a la hora de transmisin de energa elctrica.

4. Colocacin de la batera que deber ser bien instalada con ayuda de los cables e interconectada con las pilas.

5. Los dems accesorios sern puestos sobre la base, las pilas y la batera estar bien conectada, y el instrumento que proporcionar potencia deber ser colocado en la parte posterior como se observa en la figura.

6. Luego de ser colocado el instrumento de presin, ste deber conectarse junto con los dems aparates instalados.

7. Se colocan los paneles solares. Estos deben estar bien instalados, conectados y liberados de cualquier tipo de agente que ocasione un mal desempeo.

8. Se procede a operar el proyecto con ayuda de un instrumento que proporcione energa radiante, que debe ser proyectada en cada uno de los paneles.

9. Se apunta los datos y observaciones obtenidas.

VIII. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:

Actualmente el suministro de energa elctrica en zonas no interconectadas no es viable en trminos de costo-beneficio, as mismo como la implementacin de sistemas no convencionales los cuales an no se ofrecen a costos comerciales. Si el sistema se va a utilizar junto con la red urbana, es posible mejorar la calidad de la potencia, ya que permite un control de energa reactiva mejorando los niveles de tensin ofreciendo mejor regulacin debido al menor uso de lneas de transmisin y distribucin. La instalacin de este tipo de sistemas obliga a la planeacin de nuevos sistemas de conexin y almacenamiento en los sitios de consumo as como a sistemas del control del kilovatio generado-carga alimentada dentro de un esquema de optimizacin y uso racional. El desarrollo de este tipo de sistemas de suministro proporcionar informacin para establecer comparaciones de costo que permitan prever las implementaciones ms apropiadas para la zona a cubrir, as como la expansin de la red y la demanda. Uno de los problemas ms importantes por solucionar es el costo de almacenamiento, en principio se sugieren bateras, en algunas aplicaciones se pueden trabajar las ruedas de inercia, sin embargo este aspecto implica que el sistema an se enmarca en un esquema de generacin y consumo en lnea, con muy poca capacidad de almacenamiento.

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