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Impacto de los vehículos eléctricos en la operación de microrredes aisladas

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2012
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2012-10-30
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El incremento del precio del petróleo, la incertidumbre suscitada en torno a la energía nuclear, y el fuerte crecimiento que ha experimentado la demanda de energía eléctrica en los últimos años, nos lleva progresivamente a la saturación de la capacidad del actual sistema de potencia. A esta situación hay que añadir la necesidad de reducir las emisiones de gases a la atmósfera, según lo acordado en el Protocolo de Kyoto, y más recientemente en la Cumbre de Copenhague. Ante tal situación, las energías renovables han de ocupar un lugar primordial en el panorama energético mundial. La implantación de microrredes facilita la integración de fuentes renovables como la eólica, solar, hidráulica, etc, ya que disponen de dispositivos de almacenamiento, tales como baterías. Las microrredes pueden operar en paralelo a la red o de forma aislada. En este proyecto vamos a contemplar una microrred aislada que proporcione suministro a poblaciones de difícil acceso o zonas en las que no resulte rentable la expansión de la red. Como se ha indicado, la microrred precisa de sistemas de almacenamiento, está función va a ser desempeñada en este proyecto por los vehículos eléctricos. El objetivo de este proyecto es analizar el impacto que puede generar la implantación de vehículos eléctricos en microrredes aisladas. Para ello se ha diseñado una microrred de 20 KV a la que se han incorporado tanto plantas de generación convencional (Power Plant y microturbinas) como fuentes de generación renovables (eólica y solar). Además, se ha dotado a la microrred de sistemas de cogeneración domésticos, que permiten obtener energía eléctrica y agua caliente a partir del mismo combustible, aumentando así la eficiencia del sistema. Las cargas se han dividido en diferentes sectores: residencial, servicios e industrial de acuerdo con la realidad española. Una vez diseñada la microrred, a través del programa informático DIgSILENT PowerFactory, se han simulado los diferentes casos de estudio. En primer lugar, se ha simulado un ensayo en el que no se han integrado vehículos, para visualizar las condiciones de partida de la microrred. A partir de este estudio, se han diseñado las fases de expansión previstas para la integración de vehículos eléctricos, y se han definido los siguientes casos de estudio: - Caso I: El 16,18% de las viviendas dispondrán de un vehículo eléctrico (total: 325 VE’S) - Caso II: El 33,66% de las viviendas dispondrán de un vehículo eléctrico (total:676 VE’S) - Caso III: Todas las viviendas del escenario dispondrán de un vehículo eléctrico (total: 2008 VE’S). En lo referente a la recarga de los vehículos eléctricos se han propuesto tres estrategias: - Recarga aleatoria: los propietarios de los vehículos son completamente libres para conectar y cargar sus vehículos cuando ellos quieran. - Recarga inteligente: con esta estrategia los VE’s no se comenzarán a cargar cuando sean conectados a la microrred, sino cuando ésta crea que es el mejor momento, siempre, de acuerdo a las necesidades de uso que cada propietario tenga del VE, y a las motivaciones económicas asociadas a la tarifa eléctrica. - El vehículo como soporte del sistema (Vehicle to Grid - V2G) tanto con generación como consumo de VE’S: en esta estrategia los vehículos no sólo se cargarán si no que también almacenarán energía y la cederán a la microrred cuando ésta lo requiera. ___________________________________________________________________________________________________________________
The increase in oil price, the increase in uncertainty about nuclear power and the strong growth experienced in electricity demand in recent years gradually leads to saturation of the capacity of the existing power system. The need to reduce greenhouse gases to the atmosphere as agreed in the Kyoto Protocol, and most recently at the Copenhagen Summit, is making the current situation worse. In this situation, renewables have a prominent place in the global energy landscape. The implementation of microgrids facilitates the integration of renewable sources such as wind, solar, hydro, etc, as they have storage devices, such as batteries. Microgrids can operate in parallel with the electrical network or isolated from the grid. In this project we will consider an isolated microgrid to provide electricity to isolated populations or inaccessible areas where network expansion is not profitable. As indicated, the microgrid requires storage systems and this function will be performed on this project by electric vehicles (EV). The objective of this project is to analyze the impact that extensive implementation of electric vehicles can have on isolated microgrids. A 20kV microgrid has been designed to incorporate both conventional power plants (Power Plant and microturbines) and sources of renewable generation (wind and solar). The microgrid contains domestic cogeneration systems, which can obtain electricity and hot water from the same fuel, thereby increasing system efficiency. System loads have been divided into different sectors: residential, industrial and services according to the Spanish reality. After designing the microgrid with the simulation software DIgSILENT PowerFactory, different study cases are simulated. First, a test was simulated in which vehicles have not been integrated to check initial conditions of the microgrid. From this study, we have designed the expansion phases planned for the integration of electric vehicles, and we have defined the following study cases: - Case I: 16.18% of homes will have an electric vehicle (total: 325 EV) - Case II: 33.66% of homes will have an electric vehicle (total: 676 EV) - Case III: All homes will have an electric vehicle (total: 2008 EV). Regarding the charging strategy of electric vehicles, three different options are proposed: - Random charging: the owners of the vehicles are completely free to connect and charge their vehicles when they want. - Smart charging: with this strategy the EV do not start charging when they are connected to the microgrid, but when it is the best time ever, according to the needs of use that each owner has on the VE and economic motivations associated with the electricity tariff. - Vehicle as system support (Vehicle to Grid - V2G) with both generation and consumption of power: the EV can consume to charge the battery but is able to transfer stored energy to the microgrid when required.
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Keywords
Vehículos eléctricos, Microrredes eléctricas, Tecnología automovilística, Plantas de cogeneración
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