Revista Técnica “energía”
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Análisis del impacto de las energías renovables no convencionales en la planificación operativa de largo plazo del Sistema Nacional Interconectado utilizando la plataforma SimSEE
Get PDFThe National Electricity Operator CENACE performs the optimization of the medium and long-term economic dispatch of the National Interconnected System (SNI for its acronym in spanish) using the SDDP (Stochastic Dual Dynamic Programming) software, which allows a stochastic programming of the operation of hydrothermal systems. However, SDDP is a commercial software whose licensing is modular type, representing an important investment. In addition, it does not allow the implementation of user defined models, limiting the modeling of novel renewable energy technologies. In this sense, this work is based on an "open source" tool called SimSEE (Simulator of Electrical Energy Systems) to carry out the hydrothermal dispatch and the impact of non-conventional renewable energy NCRE plants on the electrical system is studied. Ecuadorian. To this aim, the dispatch results, obtained from the SimSEE platform, are properly validated, comparing them with those from the SDDP. Finally, a statistical analysis of the stochastic results is presented, taking into account the penetration of NCRE (wind and solar) and its impact on the SNI operation.El Operador Nacional de Electricidad CENACE realiza la optimización del despacho económico de mediano y largo plazo del Sistema Nacional Interconectado SNI utilizando el software SDDP (Stochastic Dual Dynamic Programming), el cual permite una programación estocástica de la operación de sistemas hidrotérmicos. Sin embargo, el SDDP es un software comercial cuyo licenciamiento es modular y representa una importante inversión. Adicionalmente, no brinda la posibilidad de implementar modelos de usuario, por lo que la versatilidad de modelación de nuevas fuentes de energía resulta limitada. En este sentido, el presente trabajo se fundamenta en una herramienta del tipo “open source”, denominada SimSEE (Simulador de Sistemas de Energía Eléctrica) para realizar el despacho hidrotérmico y estudiar el impacto de las centrales de energía renovable no convencional ERNC en el sistema eléctrico ecuatoriano. Para esto, se validan los resultados de despacho obtenidos con el programa SimSEE, comparándolos con la plataforma SDDP. Finalmente, se presenta un análisis estadístico de los resultados estocásticos, tomando en cuenta el ingreso de ERNC (eólico y solar) y su impacto en la operación del SNI
Controlador Difuso Para Gestión De La Energía En Un Proceso De Transición De Central De Generación Térmica A Renovables
Get PDFThis article considers a transition scenario to non-conventional renewable energy sources (ERNC) of mixed technology, composed of photovoltaic solar generation and wind microgeneration, taking into account a gradual decarbonization event. As a case study, the Dayuma thermoelectric plant (2MW), located in the province of Orellana, Ecuador, will be considered., Initially for its development, the natural energy resources of the area were evaluated, such as temperature, irradiance, wind speed at its maximum, minimum and average points, in a time interval of five years. Subsequently, for optimal management of energy production, controllers based on fuzzy logic were used to monitor the maximum power point (MPPT), and this controller has been compared with a conventional P&O. Finally, the corresponding calculations were carried out to determine the number of high-efficiency panels needed and compared with other low-voltage ones. Likewise, the number of wind micro-generators and the physical area necessary for the implementation of the proposed plant were established. in each case, obtaining important results for the possibility of replacing the existing thermoelectric plant. This research seeks to estimate the maximum possible generation by obtaining the point of maximum power transfer based on fuzzy logic control and with this to define the possibility of supplanting the aforementioned thermal power plant.El presente artículo considera un escenario de transición a fuentes energía renovable no convencional (ERNC) de tecnología mixta, compuesta por generación solar fotovoltaica y micro generación eólica, tomando en cuenta un evento paulatino de descarbonización. Como caso de estudio se va considerar la central termoeléctrica Dayuma (2MW), ubicada en la provincia de Orellana, Ecuador. Inicialmente para su desarrollo se evaluó los recursos naturales energéticos de la zona, tales como, temperatura, irradiancia, velocidad de viento en sus puntos máximos, mínimos y promedio, en un intervalo de tiempo de cinco años. Posteriormente para la óptima gestión de la producción energética se utilizó controladores basados en lógica difusa, para el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT), y se ha comparado este controlador con un P&O convencional. Finalmente se llevó a cabo los cálculos correspondientes para determinar la cantidad de paneles de alta eficiencia necesarios y se comparó con otros de baja, de igual forma se estableció el número de micro-generadores eólicos y el área física necesaria para la implementación de la central propuesta en cada uno de los casos, obteniendo resultados importantes para la posibilidad de la sustitución de la central termoeléctrica existente. Con esta investigación se busca estimar la máxima generación posible mediante la obtención del punto de máxima transferencia de potencia basado en un control lógico difuso y con esto definir la posibilidad de suplantar la central térmica ya mencionada
Estado del Arte y Tendencias en el Modelamiento de Carga
Get PDFLoad modeling is a fundamental task in the design, planning, operation, control and many other studies and applications related to the correct electrical systems operation. Although load modeling has been extensively studied in the past, a great interest has been resurgence today from researchers and industry due to: technological change in demand, continuous networks growth, operation close to the stability limits, distributed generation, great deployment of measurement technologies, among many others. In this context, the objective of this work is to present a bibliographic review on load modeling, in which the last decade research is prioritized. To achieve the aforementioned objective, the first systematic bibliographic classification methodology focused specifically on load modeling is proposed (to the authors knowledge). Based on this methodology, the results are deduced and include: current research trends, lest-investigated areas and future research subjects; these results are described and highlighted clearly.El modelamiento de la carga es fundamental en el diseño, planificación, operación, control y muchos otros estudios y aplicaciones relacionados al correcto funcionamiento de los sistemas eléctricos. Aunque el modelamiento de carga ha sido ampliamente estudiado en el pasado, hoy en día ha resurgido un gran interés por parte de los investigadores y la industria debido: al cambio tecnológico de la demanda, al crecimiento continuo de las redes, a la operación cerca de los límites de estabilidad, a la generación distribuida, al gran despliegue de tecnologías de medición, entre muchos otros. En este contexto, el objetivo de este trabajo es presentar una revisión bibliográfica sobre modelamiento de carga, en la cual se prioriza las investigaciones de la última década. Para lograr el objetivo precitado primero se propone, a conocimiento de los autores, la primera metodología sistemática de clasificación bibliográfica enfocada específicamente al modelamiento de carga. En base a esta metodología se deducen los resultados que incluyen: tendencias actuales de investigación, áreas poco investigadas y nichos futuros de investigación; estos resultados son claramente descritos y resaltados
Auditoría energética a un bloque de aulas en Quito, Ecuador como estrategia de reducción de emisiones de CO2
Get PDFThis research seeks to know the energy consumption in Block A of the South Campus of the Salesian Polytechnic University in Quito, Ecuador, through an energy audit, analyzing its thermal envelope, the efficiency of the equipment installed and in this way knowing its current energy rating by simulating its location in Spain, a country that has computer tools for this purpose. The results of this work will assist public and private institutions related to the area. Further, this study will promote the development of a computer tool for energy rating adapted to Ecuador and this way comply with the Energy Efficiency Law approved in 2019.
For this purpose, information was collected on climate parameters, data on the envelope, and thermal installations, etc. Then, through the HULC program, the building\u27s energy rating was emitted, which was E. After this, energy efficiency improvements were proposed. By simulating these improvements, including solar thermal energy, the consumption of non-renewable EP and CO2 emissions was reduced by 60%, achieving a final energy rating of A.
This work can be improved if more robust information becomes available that will help optimize HULC simulation and promote research on energy audits in buildings related to non-renewable EP consumption and CO2 emissions.Esta investigación busca conocer el consumo de energía en el Bloque A del Campus Sur de la Universidad Politécnica Salesiana, en Quito – Ecuador, a través de una auditoría energética, misma que analiza su envolvente térmica, la eficiencia de los equipos térmicos instalados y así conocer su actual calificación energética simulando su ubicación en España, país que cuenta con herramientas informáticas para este fin. Los resultados de ese trabajo ayudarán a instituciones públicas y privadas relacionadas al área a impulsar la creación de una herramienta informática de calificación energética de edificios, exigido en la Ley de Eficiencia Energética aprobada en el año 2019 en Ecuador.
Para esto se recopiló información sobre parámetros climáticos, datos de la envolvente, instalaciones térmicas, entre otras. Después mediante el programa HULC, se emitió la calificación energética del edificio, misma que fue E. Posterior a esto se propuso mejoras de eficiencia energética. Mediante la simulación de estas mejoras, incluyendo la energía solar térmica, se redujo en un 60% el consumo de energía primaria (EP) no renovable y las emisiones de CO2, logrando una calificación energética final A.
Este trabajo podrá ser mejorado si se llega a contar con información más robusta que ayudará a optimizar la simulación en HULC e impulsa investigaciones sobre auditorías energéticas en edificios relacionadas con los consumos de EP no renovable y emisiones de CO2
Evaluación de Eficiencia Energética del Sistema Eléctrico para Mejorar los Indicadores de Desempeño IDEn en la Finca “La Cordillera” Perteneciente al Cantón Mejía, Provincia de Pichincha
Get PDFThe “La Cordillera” farm had electrical installations with voltage drops, low power factor, lack of lighting studies and non-existence single-line diagram. The research sought to evaluate the efficiency of the livestock industry to improve energy performance indicators. First, the most representative carrier was identified between electricity, LPG or gasoline through the Pareto diagram, followed by the behavior of electricity consumption during the period 2018 – 2020, likewise the energy audit carried out through the network analyzer, amperimetric clamp, luxmeter, highlighted the inefficient use of electrical energy as lighting. The LED lighting system based on presence sensors used 15 lamps, in order to meet the primary criteria of light quality, save 124.60 kW∙h annually, in addition to reaching VEEI values of 1.04 W/(m2∙lx), likewise; the contactor-driven fixed reactive compensation allowed increasing the PF from 0.76 to 0.976, at the same time, it decreased the loadability of the single-phase transformer by 21.66%, thus, the IDEn were improved by obtaining results of 9,470 kW∙h/yr, 0.0517 kW∙h/L, 1,815.435 kg CO2/yr. The change from residential to non-demand commercial tariff achieved the annual monetary savings of 220.44 USD. Finally, the economic analysis reflected the profitability of the project as the net present value was 51.34 USD, internal rate return of 8.38% higher than the interest rate of 7.48% and benefit/cost ratio of 1.04.La finca “La Cordillera” presentó instalaciones eléctricas con caídas de voltaje, bajo factor de potencia, ausencia de estudios lumínicos e inexistencia del diagrama unifilar. La investigación buscó evaluar la eficiencia de la industria ganadera para mejorar los indicadores de desempeño energético. Primero se identificó el portador más representativo entre la electricidad, GLP o gasolina a través del diagrama de Pareto, seguido del comportamiento del consumo eléctrico durante el período 2018 – 2020, de igual forma la auditoría energética efectuada mediante el analizador de redes, pinza amperimétrica, luxómetro, resaltó el uso ineficiente de la energía eléctrica como lumínica. El sistema de iluminación LED a base de sensores de presencia empleó 15 lámparas, a fin de cumplir los criterios primordiales de la calidad lumínica, economizar anualmente 124,60 kW∙h, además de llegar a valores del VEEI de 1,04 W/(m2∙lx), igualmente; la compensación reactiva fija accionada por contactor permitió incrementar el FP de 0,76 a 0,976, a la vez, disminuyó la cargabilidad del transformador monofásico en 21,66%, así, los IDEn fueron mejorados al obtener resultados de 9.470 kW∙h/año, 0,0517 kW∙h/L, 1.815,435 kg CO2/año. El cambio de tarifa residencial a comercial sin demanda alcanzó el ahorro monetario anual de 220,44 USD. Finalmente, el análisis económico reflejó la rentabilidad del proyecto pues el valor actual neto fue de 51,34 USD, la tasa interna de retorno de 8,38% mayor que el tipo de interés del 7,48% y relación beneficio/costo de 1,04
Caracterizacion de Energia Solar Fotovoltaica utilizando el Modelo Aniso Trópico de Muneer
Get PDFIn this article, the solar resource is evaluated in order to determine its characterization using Muneer\u27s anisotropic model. A conceptual analysis of the diffuse irradiance of the sky is also carried out, as well as an analysis of the model since a distinction is made between shaded and unshaded surfaces and, within the latter, between covered or clear skies. A mathematical model was carried out that based on the aforementioned model, the characterization of the solar resource was carried out, which is focused on the production of electrical energy. If you defined the parameters to be considered in the model, you will proceed to model it using Matlab with measurements of solar radiation taken from the Universidad Politécnica Salesiana.En este artículo se evalúa el recurso solar con el fin de determinar su caracterización mediante el modelo anisotrópico de Muneer. En comparacion con el modelo de variables difusas de Liu Jordan. Se realiza un análisis conceptual de la irradiancia difusa del cielo al igual que un análisis del modelo ya que este distingue entre superficies sombreadas y no sombreadas y dentro de estas últimas entre cielos cubiertos o despejados. Se desarrolló un modelo matemático que en base al modelo ya mencionado, se realice la caracterización del recurso solar, la cual está enfocada a la producción de energía eléctrica. Ya definidos los parámetros a considerar en el modelo, se procederá a modelar el mismo mediante Matlab con mediciones de radiación solar tomados de la Universidad Politécnica Salesiana
Evaluación de Resiliencia en el Sistema Eléctrico Ecuatoriano frente a Eventos Sísmicos
Get PDFThe unleashing of a series of natural catastrophic events (such as earthquakes, tsunamis, wildfires, hurricanes, etc.), have made power systems more vulnerable to damage to their components, thus affecting their ability to energy supply. In this context, the current challenge of electrical systems is focused on simulating and quantifying the impact of various catastrophic events, recognizing their high complexity and stochastic occurrence. The present work proposes a methodology to evaluate the seismic impact in a real electric network, using Monte Carlo simulations to determine the vulnerability of the system components, incorporating a DC-OPF model with the aim of obtaining the optimal active power flows and quantifying the energy not supplied (ENS) of the system. The proposed methodology is applied in the National Interconnected System of Ecuador to obtain indexes and metrics to evaluate the system\u27s resilience. The simulation results show the vulnerability of the system and quantify the degradation of the resilience in terms of operation and infrastructure depending on the magnitude and location of the seismic events. El desencadenamiento de una serie de eventos naturales catastróficos (tales como terremotos, tsunamis, incendios forestales, tornados, etc.), han provocado que los sistemas eléctricos de potencia sean más vulnerables a sufrir daños en sus componentes, afectando así en gran medida su capacidad para suministrar energía eléctrica. En este contexto, el desafío actual de los sistemas eléctricos se centra en simular y cuantificar el impacto de los diversos eventos catastróficos considerando su aleatoriedad de ocurrencia y alta complejidad. El presente trabajo propone una metodología para evaluar el impacto sísmico en un sistema eléctrico real, usando simulaciones de Monte Carlo para determinar la vulnerabilidad de los componentes del sistema, incorporando un modelo DC-OPF con el objetivo de obtener los flujos óptimos de potencia activa y cuantificar la energía no suministrada (ENS) del sistema. La metodología propuesta es aplicada en el Sistema Nacional Interconectado (SNI) del Ecuador para obtener indicadores y métricas que permiten evaluar la resiliencia del sistema. Los resultados de la simulación muestran la vulnerabilidad del SNI y cuantifican la degradación de la resiliencia en términos de operación e infraestructura dependiendo de la magnitud y ubicación de los eventos sísmicos
Integración de un Sistema de Monitoreo de Condiciones Climáticas al Sistema de Gestión de Energía Nacional
Get PDFThis work presents the development of a data acquisition system in real time for climatic variables such as temperature and climatic conditions; and its integration with the Energy Management System - EMS of CENACE. The acquired climatic variables will be used to analyze the relationship between temperature and electricity demand in different cities of Ecuador. Additionally, the presentation of meteorological conditions in an operational display within SCADA / EMS will help decision-making in the real-time operation of the National Interconnected System. This article shows the different concepts and components used for its development, as well as the results achieved at the visualization level.Finally, the results of an analysis of the variability of the daily hourly demand for six months will be presented, focusing on the cities of Guayaquil, Quito and Cuenca. Through the data mining technique called Orthogonal Empirical Functions, this work explains the existing correlation between the amplitude of the orthogonal empirical vectors calculated of the demand and the temperature of each city.Este trabajo presenta el desarrollo de un sistema para la adquisición de datos en tiempo real de variables climáticas como son temperatura y condiciones climáticas; y su integración con el Sistema de Gestión de Energía - EMS de CENACE. Las variables climáticas adquiridas servirán para el análisis de la relación existente entre temperatura y demanda eléctrica en diferentes ciudades de Ecuador. Adicionalmente, la presentación de las condiciones meteorológicas en un despliegue operativo dentro del SCADA/EMS ayudará a la toma de decisiones en la operación en tiempo real del Sistema Nacional Interconectado. Este articulo mostrará los distintos conceptos y componentes utilizados para el desarrollo de este sistema, así como los resultados alcanzados a nivel de visualización. Para finalizar se presentarán los resultados de un análisis de la variabilidad de la demanda diaria horaria por seis meses, enfocándose en las ciudades de Guayaquil, Quito y Cuenca. A través de la técnica de minería de datos llamada Funciones Empíricas Ortogonales se explicará la correlación existente entre la amplitud de los vectores empíricos ortogonales calculados de la demanda y la temperatura de cada ciudad
Minería de Datos y Proyección a Corto Plazo de la Demanda de Potencia en el Sistema Eléctrico Ecuatoriano
Get PDFThis article presents a computational tool developed in the Python programming language for data mining and short-term projection of the electrical power demand of the National Interconnected System (SNI), using the predictive approach of the Random Forest machine learning algorithm.
The implementation of the Hyperopt function to define the main hyperparameters of the Random Forest algorithm together with the application of feature engineering allows to fit a suitable machine learning model for the data series. This algorithm is implemented in tasks to mitigate missing values and outliers to structure complete databases free of deviations.
The procedure for data mining and demand projection shows the reliability and versatility of using the computational tool, obtaining relevant results, such as the reduction of anomalies in the data series to improve the precision in the projected electrical demand curves.En este artículo se presenta una herramienta computacional elaborada en lenguaje de programación Python para minería de datos y proyección a corto plazo de la demanda de potencia eléctrica del Sistema Nacional Interconectado (SNI), utilizando el enfoque predictivo del algoritmo de aprendizaje automático Random Forest.
La implementación de la función Hyperopt para definir los principales hiperparámetros del algoritmo Random Forest junto con la aplicación de la ingeniería de características permiten ajustar un modelo adecuado de aprendizaje automático para las series de datos. Dicho algoritmo es implementado en tareas de mitigación de valores faltantes y valores atípicos para estructurar bases de datos completos y libres de desviaciones.
El procedimiento para minería de datos y proyección de demanda muestra la confiabilidad y versatilidad de utilizar la herramienta computacional obteniendo resultados relevantes, como la disminución de anomalías en las series de datos para mejorar la precisión en las curvas de demanda eléctrica proyectadas
Estrategia de Control de Velocidad Indirecto para el Seguimiento del Punto Máximo de Potencia de un Sistema Eólico DFIG
Get PDFIn this In this article, a control strategy for Maximum Power Point Tracking (MPPT) of a wind turbine system based on a Doubly Fed Induction Generator (DFIG) is presented. The proposed strategy consists of the Indirect Speed Control (ISC) taking the Low Speed Shaft (LSS) as variable input. This implementation allows the MPPT to optimize the Power coefficient (Cp). The controller has been designed in order to allow the wind turbine to reach the MPPT along the partial load operation. For these experiments, a 1.5 MW wind turbine was modeled and simulated by using Matlab and Fatigue, Aerodynamic, Structure and Turbulence (FAST) software. In order to present the achieved results, a comparison between the ISC and a classical PI controller is made. The Cp curves as well as the output power display an important improvement in terms of stability. These results are possible because the appropriate values of optimal Tip Speed Ratio (TSR) and maximum Cp have been properly established. article, a control strategy for Maximum Power Point Tracking (MPPT) of a wind turbine system based on a Doubly Fed Induction Generator (DFIG) is presented. The proposed strategy consists of the Indirect Speed Control (ISC) taking the Low Speed Shaft (LSS) as variable input. This implementation allows the MPPT to optimize the Power coefficient (Cp). The controller has been designed in order to allow the wind turbine to reach the MPPT along the partial load operation. For these experiments, a 1.5 MW wind turbine was modeled and simulated by using Matlab and Fatigue, Aerodynamic, Structure and Turbulence (FAST) software. In order to present the achieved results, a comparison between the ISC and a classical PI controller is made. The Cp curves as well as the output power display an important improvement in terms of stability. These results are possible because the appropriate values of optimal Tip Speed Ratio (TSR) and maximum Cp have been properly established. En el siguiente artículo, se propone una estrategia de control para el seguimiento del punto máximo de potencia (MPPT) de un sistema de energía eólica con generador de inducción doblemente alimentado DFIG. La estrategia propuesta está basada en un Control de Velocidad Indirecto (ISC) tomando como entrada variable la velocidad baja del eje. Esta implementación permite realizar un seguimiento del MPPT de modo que el Coeficiente de Potencia (Cp) del sistema se optimice. El controlador ha sido diseñado para permitir que la turbina eólica alcance este punto máximo a lo largo de la zona de operación de carga parcial. Para realizar los experimentos, se seleccionó un aerogenerador de 1,5 MW y el modelo se implementó en una simulación por medio de Matlab y la aplicación de Fatiga, Aerodinámica, Estructuras y Turbulencia (FAST) para el análisis y posterior validación de resultados. La curva de Cp ha sido comparada con un controlador PI mostrando una mejora importante en términos de estabilidad y potencia activa de salida. Estos resultados son posibles debido a que se ha seleccionado apropiadamente los valores de Tip Speed Ratio TSR y Cp máximo