El objetivo de esta investigación es determinar el diseño de un sistema fotovoltaico para una vivienda domiciliaria promedio en la ciudad de Arequipa. La generación de energía de este sistema fotovoltaico debe llegar a sustituir permanentemente el suministro de energía eléctrica de la empresa distribuidora de energía eléctrica. Este sistema fotovoltaico debería ser económicamente viable en el tiempo, haciendo un estudio económico debemos llegar a un punto de equilibrio económico. Y después del punto de equilibrio económico, la generación de energía para la vivienda domiciliaria debería ser a costo cero. Esta propuesta de diseño, también contribuye a la generación ecoeficiente de energía eléctrica sin afectar al medioambiente, ya que esta energía además de ser renovable, es energía verde. En el marco teórico se han citado los componentes de un sistema fotovoltaico, así como las clases y tipos existentes en el mercado de la ciudad de Arequipa, disponibles para nuestra investigación.

Este trabajo tiene como objetivo principal evaluar la factibilidad técnica y económica de una central de generación de energía eléctrica termo solar. Para lograr este objetivo, se evaluó en primer lugar, la energía proveniente de la radiación solar en el norte grande de Chile, considerando las condiciones geográficas y climáticas. Adicionalmente a lo anterior, se analizaron las diversas tecnologías que existen hoy en día para el procesamiento de la energía directa del sol, comparando sus virtudes y defectos para su aplicación en Chile. A partir de la información disponible de experiencias extranjeras en este tipo de tecnologías fue posible extrapolar magnitudes y costos, y comprender los aspectos relevantes para evaluar un proyecto de esta naturaleza en Chile. En este contexto se determinó, en primer lugar, el potencial de energía solar anual existente en las primeras tres regiones de Chile, que es igual a 70 [GW]. Adicionalmente, se estimaron factores y parámetros generales para poder dimensionar una central termo solar en base a paneles cilindro-parabólicos, y, también, la superficie de terreno utilizada y la energía generable anualmente. Se estudió los beneficios ambientales y económicos de generar electricidad a través de centrales solares, viéndose reflejados estos ingresos económicos en la venta de bonos de carbono a países desarrollados. También, se estudió el efecto que generará en la evaluación económica la ley de fomento de las energías renovables. Luego de haber dimensionado una central estándar y de estimar sus costos de inversión y operación, se hizo un análisis de rentabilidad, determinando que aún no se obtiene un VAN positivo en este tipo de proyectos (VAN = -31,5 millones de US$ y una TIR de 8,27%). Sin embargo, se prevé que todos los costos relacionados a la energía solar irán decayendo en los próximos años, producto de un mejoramiento de las tecnologías y del aumento en las escalas de las ventas. Finalmente, por tratarse de una tecnología limpia, seguramente su implementación será incentivada por diversas políticas estatales y mundiales.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Diseña un sistema de energía solar fotovoltaica aislada para una estación de bombeo en una comunidad rural. La energía eléctrica en la actualidad, es generada por equipos diésel a un costo alto, dado que el combustible debe ser transportado a largas distancias, con evidentes problemas de seguridad en el suministro, por lo que la energía fotovoltaica se presenta como una buena alternativa de solución para estas comunidades. La escasez del recurso hídrico constituye una de las principales limitantes para el desarrollo socio económico en el Perú, lo que ha motivado la realización de numerosos estudios y obras orientados a aumentar la disponibilidad de agua en las localidades nativas. Las comunidades nativas presentan evidentes problemas de abastecimiento de energía y agua para consumo humano, el que afecta claramente el desarrollo y calidad de vida de la población. / Trabajo de suficiencia profesional

Ingeniera Civil Eléctrica / La introducción de energía renovable (ER) a gran escala es un fenómeno mundial producto del cambio climático y la necesidad de los países de independizar sus matrices energéticas. Específicamente en Chile la política energética proyecta una matriz que se componga de un 60% de ER al año 2035. En particular, la generación de energía solar se caracteriza por su variabilidad e incertidumbre, lo que sumado a la inminente instalación de este tipo de energía de manera concentrada en el Sistema Interconectado del Norte Grande de Chile (SING), podría provocar serios problemas de estabilidad en el sistema. En términos de variabilidad del recurso solar se destaca el efecto nube, que deriva en cambios bruscos de generación fotovoltaica (PV) y, en definitiva, afecta a la estabilidad de frecuencia del sistema. Frente a lo anterior, se han realizado estudios que muestran que mantener reservas fotovoltaicas, operando en deload, es una estrategia eficaz de regulación de frecuencia. Sin embargo, dichos estudios utilizan reservas PV constantes lo que representa una pérdida significativa de generación. El presente trabajo busca aportar a la línea de investigación mencionada e introducir reservas calculadas dinámicamente para hacer un uso eficiente de la generación PV y simultáneamente contribuir a mantener la estabilidad de frecuencia. El método de cuantificación de reservas se basa en un modelo de pronóstico de generación solar. La estrategia busca reservar la potencia necesaria para enfrentar una caída de generación pronosticada considerando un margen de error de pronóstico con un nivel de confianza dado. El error de pronóstico se determina mediante un estudio estadístico del modelo de predicción, considerando conjuntos de datos representativos de una escala anual, estacional y mensual, con el fin de establecer comparaciones entre cada caso. Además, el problema se aborda de manera local, donde cada planta PV determina sus reservas de manera independiente, y a nivel centralizado, donde el operador del sistema cuantifica la reserva total considerando todas las plantas PV existentes y la distribuye entre ellas. La metodología propuesta se aplica en el modelo del SING proyectado al año 2020, al considerar un día con alta variación de irradiación solar según las condiciones locales. La proyección del sistema considera una penetración PV equivalente a un 25% de la capacidad total instalada. Se realizan simulaciones dinámicas en el software PowerFactory DigSILENT para observar el desempeño de las reservas determinadas dinámicamente en comparación con reservas constantes y el caso base sin reservas. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta de reservas dinámicas presenta una satisfactoria regulación de frecuencia ya que logra mantenerse dentro de los límites permitidos por la normativa chilena. Al mismo tiempo significa una considerable disminución de pérdidas asociadas a reservas sobredimensionadas respecto a trabajar con reservas constantes de 15%. Además, se obtiene que abordar el problema de manera centralizada significa menores montos de reservas que a nivel local.

Refinería La Pampilla es una empresa del sector hidrocarburos dedicada a la refinación de petróleo crudo para la generación de combustibles de uso cotidiano. Gracias a una inversión sostenida, ha experimentado un crecimiento de sus instalaciones y logrado una constante mejora en la eficiencia de sus procesos y en la calidad de sus productos. Sin embargo; dicho crecimiento ha traído como consecuencia paralela el incremento de la demanda o intensidad energética consumida en su proceso productivo, razón por la cual se ha puesto en marcha un conjunto de acciones orientadas a identificar oportunidades de mejora y de ahorro energético. La presente investigación plantea la hipótesis que es posible incrementar la eficiencia energética del área de Conversión de dicha refinería, mediante la sustitución de vapor de alta presión, utilizado en el precalentamiento de agua de calderos y cuya producción genera altos costos por el consumo de combustibles y contaminación atmosférica, por una corriente caliente de LCO (Light Cyclic Oil) generada durante el proceso productivo del área en mención. Se tuvo como punto de partida el desarrollo de un marco teórico que de soporte a la investigación, a continuación se elaboró un diagnostico situacional y se identificó la oportunidad de mejora dando como resultado la propuesta planteada. Por último, se hizo un análisis de los principales beneficios a obtenerse con la implementación de dicha propuesta y se detallaron las conclusiones y recomendaciones producto de la investigación realizada / Tesis

There is a growing chance of developing non-conventional renewable resources in our country. Much of these resources are generated in production activities such as the cases of livestock, poultry, timber and wine companies to name a few. These businesses have potential for generating renewable resources, but are seen as waste in the production process. To promote the use of these wastes as energy resources, the government have approved the creation of new energy plants like biomass or biogas, among others throughout the country. In addition, they have generated technical standards that allow organizations to use their own waste to generate the necessary energy that enables them to reduce their production costs. This improvement proposal seeks to establish a management model to properly exploit the waste generated in the production of Pisco breaks into a wine. To do this, using machines that allow the conversion of organic waste into non-conventional energy sources it will be defined. Moreover, the economic impact of the proposal on the company demonstrating the viability of the same will be evaluated. Finally leave the steps for any other company in the same field can take the research and assess the possibility of creating their own biogas generation machinery. / Existe una oportunidad en crecimiento de aprovechar recursos renovables no convencionales dentro de nuestro país. Gran parte de estos recursos se generan en las actividades de producción como son los casos de empresas ganaderas, avícolas, madereras y vitivinícolas por mencionar algunas. Estos negocios tienen potenciales de generación de recursos renovables, sin embargo son vistos como residuos del proceso de producción. Para impulsar el uso de estos residuos como recursos energéticos, el gobierno ha aprobado la creación de nuevas plantas de energías como biomasa o biogás, entre otras a lo largo del país. Además, se han generado normas técnicas que permiten a las organizaciones utilizar sus propios residuos para generar la energía necesaria que les permita reducir sus costos de producción. En esta propuesta de mejora se busca establecer un modelo de gestión para aprovechar adecuadamente los residuos generados en la producción de pisco quebranta dentro de una vitivinícola. Para ello se definirá el uso de maquinarias que permitan la conversión de los residuos orgánicos en fuentes de energía no convencionales. Además, se evaluará el impacto económico que tiene la propuesta en la empresa demostrando la viabilidad de la misma. Por último se dejara los pasos a seguir para que cualquier otra empresa del mismo rubro pueda aprovechar la investigación realizada y evaluar la posibilidad de generar sus propias maquinarias de generación de biogás. / Tesis

[EN] New objectives for energy generation from renewable sources have led to an increase in not only installed, but also planned off-shore wind power plants. These facilities are located in particularly favourable geographical area like the North Sea due to their proximity to the coast and the shallowness of these bodies of water. The evacuation of the energy produced by the off-shore wind power plants to the transmission networks poses a technological challenge, and reliable and robust marine facilities have been due to. When distance to the shore is more than 60 km, HVDC links have proved to be the most cost-effective solution. The first option for converters was the line commutated ones (LCC). However, voltage source converter (VSC) has gained the most ground. But these are not the sole true alternatives. Taking into consideration both wind turbines and their connection to the HVDC link, control strategies that allow the use of other types of converters can be set, such as uncontrolled diode bridge rectifiers (DR). Some advantages of using this type of converter are the reduction in conduction losses, the reduction in installation costs and increased reliability. This theoretical solution in likely to be marked in the hands of the company SIEMENS, who has already announced that the first units will go on sale as early as 2016. Networks are becoming more extensive and now the interconnection of more than two points is necessary. Multiterminal systems have naturally emerged as a response to the needs of today's networks, increasing the flexibility and reliability of transmission systems. The facilities currently designed are using VSC converters. However if the connecting points already in service are to be expanded, it is necessary to consider hybrid multiterminal systems combining several technologies. This thesis proposes HVDC-DR-VSC hybrid system for connecting offshore wind plants to on-shore network (point-to-point link), and the connection of HVDC-DR stations to HVDC multiterminal networks. For this purpose components of both systems have been described and modelled, and control strategies have been proposed for proper operation, both in steady state and transient. Protection systems have also been envisaged for short circuits, in either marine and terrestrial network transmission grid or in HVDC link. Furthermore models and control strategies have been validated by PSCAD simulations and the corresponding analysis of small signal stability. Based on studies performed it can be concluded that the proposed hybrid multiterminal system is robust and stable; able to be integrated into transmission networks, offering support tasks to the network and achieving a reduction in the cost of traditional offshore wind farms. Optimization criteria has been used to calculate the distribution of currents between the VSC converters controlling voltage, meaning that losses are minimized in submarine cables. The calculation has been extended to the case of a n terminals network for both radial and meshed configuration. In the radial case, voltage control has been performed so that the optimum distribution is maintained without communications between terminals even if the operating point changes. The results obtained using wind turbines with permanent magnet synchronous generators can be extended to variable speed wind turbines with full power converters, which are known as Type 4. / [ES] Debido a los objetivos recientes de generación de energía a través de fuentes renovables, se ha producido un aumento de la potencia eólica de los parques marinos, tanto instalada como en proyecto. Estas instalaciones están localizadas en zonas geográficas particularmente favorables, como las del Mar del Norte, debido a la proximidad de la costa y la escasa profundidad de sus aguas. La evacuación de la energía de los parques eólicos marinos a las redes de transporte se convierte en un reto tecnológico buscando instalaciones fiables y robustas. Para distancias a la costa de más de 60 km, la opción más económica ha resultado ser las líneas de alta tensión en continua (HVDC). La opción que cuenta con más experiencia son los convertidores conmutados por red (LCC), aunque actualmente ganan terreno los convertidores de conmutación forzada, controlados por fuente de tensión (VSC). Pero éstas no son las únicas alternativas. Considerando los aerogeneradores que conforman el parque eólico y su conexión al enlace HVDC de forma conjunta, se pueden establecer estrategias de control que permitan el uso de otros tipos de convertidores, como son los rectificadores no-controlados con puentes de diodos (DR). Algunas de las ventajas del uso de este tipo de convertidor son la disminución en las pérdidas de conducción, la reducción en los costes de instalación y el aumento en la fiabilidad. Esta solución teórica verá pronto la luz en el mercado de la mano de la empresa SIEMENS, quien ya ha anunciado que las primeras unidades se pondrán a la venta en el año 2016. Las redes HVDC se están haciendo cada vez más extensas y es necesaria la interconexión de más de dos puntos surgiendo de forma natural los sistemas multipunto, más flexibles y fiables. Las instalaciones actualmente diseñadas están utilizando convertidores VSC. No obstante si se pretende extender estas redes conectándolas con puntos ya en servicio es necesario considerar los sistemas multipunto híbridos, donde convivan varias tecnologías. En la presente tesis se propone un sistema híbrido HVDC-DR-VSC para el conexionado de plantas eólicas marinas (enlace punto-a-punto), así como el conexionado de estaciones HVDC-DR a redes HVDC multipunto. Para ello se han descrito y modelado los componentes de ambos sistemas y se han propuesto estrategias de control para su correcto funcionamiento, tanto en régimen permanente como transitorio. También se han propuesto protecciones contra cortocircuitos, tanto en la red marina como en la red terrestre de transporte, o en el enlace HVDC. Los modelos y las estrategias de control se han validado mediante simulación con PSCAD y con los correspondientes análisis de estabilidad en pequeña señal. Tras todos los estudios realizados se puede concluir que el sistema multipunto híbrido propuesto es robusto y estable, capaz de integrarse en las redes de transporte ofreciendo funciones de soporte y posibilitando una reducción en los costes de las instalaciones eólicas marinas tradicionales. En el reparto de las corrientes entre los convertidores VSC que controlan la tensión continua se han utilizado criterios de optimización que minimizan las pérdidas en los cables submarinos. El cálculo se ha extendido al caso de una red de n terminales, tanto para la configuración radial como mallada. En el caso radial el control mantiene el reparto óptimo sin necesidad de comunicaciones entre los terminales, aún cambiando el punto de funcionamiento. Los resultados obtenidos utilizando aerogeneradores con máquina síncrona de imanes permanentes se pueden extender a aerogeneradores de velocidad variable con convertidores de plena potencia, los denominados Tipo 4. / [CAT] A causa dels objectius recents de generació d'energia a través de fonts renovables, s'ha produït un augment de la potència eòlica dels parcs marins, tant de la potència instal.lada com de la que està en projecte. Aquestes instal.lacions estan localitzades en zones geogràfiques especialment propícies, com ara les del Mar del Nord, degut a la seua proximitat amb la costa i l'escassa profunditat de les aigües. L'evacuació de la energia dels parcs eòlics marins a les xarxes de transport es converteix en un repte tecnològic, buscant instal.lacions marines fiables i robustes. Quan la distància a la costa supera els 60 km, l'opció que ha resultat més econòmica són les línies d'alta tensió contínua (HVDC). L'opció amb més experiència son els convertidors commutats per xarxa (LCC) encara que actualment van guanyant terreny els convertidors de commutació forçada, controlats per font de tensió (VSC). Però aquestes no són les úniques alternatives. Si considerem els aerogeneradors i la connexió al enllaç HVDC de forma conjunta, es poden establir estratègies de control que permeten l'ús d'altres tipus de convertidors, com ho són els rectificadors no controlats en pont de díodes (DR). Els avantatges d'aquest tipus de convertidor són la disminució en les pèrdues de conducció, la reducció en els costos d'instal.lació i l'augment en la fiabilitat. Aquesta solució teòrica veurà prompte la llum en el mercat de la mà de l'empresa SIEMENS, qui ja ha anunciat que les primeres unitats es posaran a la venda l'any 2016. Les xarxes HVDC s'estan fent cada vegada més extenses i és necessària la interconnexió de més de dos punts. Sorgeixen llavors de forma natural els sistemes multipunt, augmentant la flexibilitat i fiabilitat dels sistemes de transmissió. Actualment, les instal¿lacions dissenyades estan utilitzant convertidors VSC. No obstant això, si es pretén estendre aquestes xarxes connectant-les amb punts ja en servei, és necessari considerar els sistemes multipunt híbrids, on convisquen diverses tecnologies. En la present tesi es proposa un sistema híbrid HVDC-DR-VSC per ala connexió de plantes eòliques marines (enllaç punt-a-punt) així com la connexió d'estacions HVDC-DR a xarxes HVDC multipunt. Per a això s'han descrit i modelitzat els components d'ambdós sistemes, i s'han proposat estratègies de control per al funcionament correcte, tant en règim permanent com transitori. També s'han proposat proteccions per a curtcircuits, tant en la xarxa marina com en la xarxa terrestre de transport, o en l'enllaç HVDC. Els models i les estratègies de control s'han validat per mitjà de simulació amb PSCAD i amb les corresponents anàlisis d'estabilitat en xicoteta senyal. Després de tots els estudis realitzats es pot concloure que el sistema híbrid multipunt proposat és robust i estable, capaç d'integrar-se en xarxes de transport, i d'oferir funcions de suport a la xarxa i possibilitar una reducció en els costos de les instal¿lacions eòliques marines tradicionals. En el repartiment dels corrents entre els convertidors VSC que controlen la tensió contínua s'han utilitzat criteris d'optimació, de manera que es minimitzen les pèrdues en els cables submarins. El càlcul s'ha estès al cas d'una xarxa de n terminals, tant per a la configuració radial com mallada. En el cas el control manté el repartiment òptim sense necessitat de comunicacions entre els terminals i encara que canvie el punt de funcionament. Els resultats obtinguts utilitzant aerogeneradors amb màquina síncrona d'imants permanents es poden estendre a aerogeneradors de velocitat variable amb convertidors de plena potència, els denominats de tipus 4. / Bernal Pérez, SI. (2015). Integración híbrida multipunto en el sistema eléctrico de grandes parques eólicos marinos a través de redes de alta tensión en continua [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59408 / TESIS

Tesis

The selection of the bulk power transmission technology in offshore wind farms is strongly related to the wind farm size and its distance to shore. Several alternatives can be evaluated depending on the rated power of the offshore wind farm, the transmission losses and the investment cost for constructing the transmission system. However, when is necessary to connect larger and more distant offshore wind farms; the best technological solution tends to the transmission system based on highvoltage and direct-current with line commutated converters (LCC-HVdc). This dissertation proposes the use of diode-based rectifers as a technical alternative to replace the thyristor-based rectifers in an LCC-HVdc link with unidirectional power flow. This alternative shows advantages with regard to lower conduction losses, lower installation costs and higher reliability. Nonetheless, as a counterpart the offshore ac-grid control performed by the thyristor-based HVdc rectifer is no longer available. This lack of control is compensated by using new control strategies over an offshore wind farm composed by wind turbines with permanent-magnet generators and fully-rated converters. The control strategies have been based mainly on the ability of the wind turbine grid-side converter to perform the control of the offshore ac-grid voltage and frequency. The performance has been evaluated by using PSCAD. Wherein, the most common grid disturbances have been used to demonstrate the fault-ride-through capability as well as the adequate steady state and transient response. / Rodríguez D'derlée, JJ. (2013). Control strategies for offshore wind farms based on PMSG wind turbines and HVdc connection with uncontrolled rectifier [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34510 / TESIS