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Integración de instalaciones de media y baja potencia eólica y fotovoltaica en microredes eléctricas con generación distribuida: modelos para la Región de Murcia

  • Autores: Gino de Jesús Roa Escalante
  • Directores de la Tesis: Antonio Urbina Yeregui (dir. tes.)
  • Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2015
  • Idioma: español
  • Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Miguel Sánchez Lozano (presid.), Antonio J. Fernández Romero (secret.), Julia Martínez Fernández (voc.)
  • Materias:
  • Resumen
    • Al inicio del siglo XXI la provisión de suministros de energía limpia y sostenible para satisfacer nuestras necesidades es uno de los desafíos más críticos que enfrenta la humanidad. Para tal fin y como primera medida, se debe realizar una revisión profunda del sistema energético mundial, en el cual se hace creciente la evidencia el incremento de las emisiones procedentes de la utilización de combustibles fósiles y que se traducen en el cambio climático global, y la contaminación del aire. Así mismo el enorme y creciente apetito por la energía en los países en desarrollo, donde muchos de estos países están experimentando extremos índices de alza en la tasa de crecimiento económico que conlleva a altas demandas de nuevos suministros de energía ha dado origen a un consumo rápido y desmesurado de las reservas mundiales de combustibles fósiles. Por ello se hace fundamental la orientación hacia la utilización de recursos de sustitución de las fuentes de energías primaria procedentes de los combustibles fósiles que permitan generar un fluido y constante suministro energético para el consumo en el presente y en el futuro sin perjudicar el equilibrio de ninguna especie con los recursos del entorno.

      Las tecnologías fotovoltaica y eólica son las más empleadas como fuentes renovables en la generación de energía limpia en todo el mundo. Con el fin de inyectar la energía que se produce gracias a estas dos tecnologías en cualquier nivel del sistema eléctrico es clave el empleo de la Generación Distribuida (GD). El éxito del empleo de la GD se debe en esencia a que además de amoldarse a cualquier tipo de tecnología para generar energía, la producción de esta se realiza en el lugar en que ésta sea requerida, ahorrando gastos instalación y mantenimiento, disminuyendo las pérdidas producidas en el transporte, y en la cantidad que se necesite. Prueba del éxito que tienen las instalaciones de GD que usan éste tipo de tecnologías pueden verse constantemente a lo largo del mundo a través de la construcción de la estructural en grandes edificios y en los techos de casas o condominios empleándose para abaratar costes en facturas y exportar carga a la red domiciliar, y más recientemente en auge de la construcción de grandes granjas de producción de energía fotovoltaica y eólica.

      En dependencia de los sitios donde los valores de irradiancia y de las velocidades medias mensuales del viento en una región y de otros criterios se escogen los lugares óptimos en donde instalar microredes que utilizan tecnologías fotovoltaica y eólica para generar energía. Esta generación de energía tiene una variación estacional la cual si se dimensionan adecuadamente las potencias nominales instaladas en cada zona geográfica para adaptarlas a la demanda de dicha zona pueden alcanzar una gran penetración de renovables con una adecuada combinación eólica-fotovoltaica y una buena gestión de la ¿zona de almacenaje¿ que puede ser el propio vertido a la red eléctrica.

      La determinación de los lugares óptimos donde puedan situarse las fuentes de energía que empleen tecnología fotovoltaica y eólica en una región específica, sumado a la estimación a partir de la cantidad de energía mensual y anual que producirían estos lugares a partir de datos reales de irradiancia y velocidad del viento media, y un dimensionado adecuado de las potencias nominales instaladas en cada zona geográfica para adaptarlas a la demanda de dicha zona podrían garantizar la demanda estacional mensual y anual de energía de toda la región. Para tal fin se hace necesario la evaluación de la penetración de fuentes de generación distribuida renovables, eólica y fotovoltaica, en instalaciones de baja potencia en microredes eléctricas ubicadas en la Región de Murcia.

      En esta tesis, la evaluación de la penetración de las fuentes fotovoltaica y eólica ha sido desarrollada. Esta se determinara sistemáticamente a través de la estimación cantidad de energía producida mensual y anual mediante estas fuentes en los 10 mejores lugares. El objetivo de la misma es reproducir la variación mensual de la generación de energía producida fotovoltaicamente y eólicamente en los 10 lugares seleccionados en la región de Murcia, y a partir de los resultados anteriores se estimara el potencial de energía almacenada estacional que se produce en la región. Para tal fin los datos de irradiancia y velocidades medias mensuales y anuales que cada lugar produce son obtenidos de bases de datos reales.

      El cálculo de los mejores lugares se hizo mediante de la metodología TOPSIS difusa, la cual permitió clasificar gran cantidad de variables e información con el fin de categorizar en función de requisitos impuestos la escogencia de los lugares más óptimos dentro de la región de Murcia para ubicar posibles parques fotovoltaicos y eólicos.

      Para probar la presencia de anomalías en la red al conectar una microred fotovoltaica se implementó un modelo en MatLab-SIMULINK, sobre el cual se ha simulado, bajo escenarios de variación de frecuencia, tensión de red, y presencia de armónicos, el comportamiento de la misma. Así mismo se compara el desempeño de la red utilizando diferentes algoritmos de sincronización de red, el dq PLL, DSOGUI, y MSOGUI, se realizaron simulaciones con datos reales de irradiancia tomadas en instalaciones de la Universidad de Murcia.

      Para la obtención de las cantidades de energía producida en cada uno de los lugares mensual y anual eólica y fotovoltaica se han empleado bases de datos reales: Para el caso de la fotovoltaica datos de 10 años de irradiancia y temperatura tomados por el Joint Research Centre de la Unión Europea (PV-GIS), y se ha tenido como referencia la producción de energía en base a 1KWP.


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