En el contexto actual, donde el calentamiento climático es cada vez más importante,
existe la necesidad de limitar el consumo de combustibles fósiles. De esta
manera, el transporte es uno de los sectores en los que más se están generando
cambios en cuanto a la sostenibilidad. El vehículo eléctrico aparece como una
solución para este cambio paulatino ya que no contamina localmente y su balance
energético es muy eficiente. Así, se han propuesto diferentes programas
para el crecimiento del vehículo eléctrico en el parque automotor.
Sin embargo, el cambio de vehículos de gasolina por vehículos eléctricos genera
desafíos en varios aspectos, como el impacto que ocasiona en la red eléctrica
una implantación masiva: caídas de tensión, pérdidas de potencia, problemas
con la calidad de la electricidad, inversiones importantes, etc. Se han planteado
algunas soluciones en la parte operativa, pero muchas de ellas no han tomado
en cuenta la flexibilidad de los usuarios, lo cual es muy importante para la
adopción de vehículos eléctricos. De igual manera, en muchas ocasiones, en
la literatura se asumen valores para ciertas variables (estado de carga, recorrido,
tipo de batería, etc) que pueden cambiar según el comportamiento de cada
usuario, lo que modificaría las previsiones realizadas. Finalmente, pocos trabajos
han estudiado el impacto de lo vehículos eléctricos en redes eléctricas cuya
gestión energética es más complicada debido a su aislamiento de una macrored
y con alta penetración de energías renovables, como lo son las microredes. En
este marco, esta tesis propone un enfoque novedoso en cuanto a la participación
de los usuarios de vehículos eléctricos en la operación y planificación
de diferentes sistemas eléctricos de potencia. Esta trata de algunos aspectos
principales: disminución de costos de carga, participación en servicios de regulación, aprovechamiento de energía renovable, así como la planificación de
generación de una microred incorporando vehículos eléctricos. En una primera
parte, se presenta un análisis del vehículo eléctrico y su interacción en sistemas
de potencia. De igual manera, se presentan los trabajos de investigación
relacionados sobre la temática.
En base al análisis de dichos trabajos, esta tesis propone una nueva metodología
para optimizar la carga de los vehículos eléctricos. Se propone la participación
de un nuevo agente del mercado eléctrico, el Agregador de vehículos eléctricos.
Tendrá que gestionar la carga de dichos vehículos en una importante zona,
coordinar con el operador de la red para evitar fallos y minimizar los costos de
carga. De igual manera, se considera la diferente flexibilidad de los usuarios ya
qu podrán escoger una tarifa que se adapte a su disponibilidad en espera y pagar
el precio por aquello. La metodología ha sido aplicada a un caso de estudio
a la red de Quito, Ecuador. Se propone también la participación en servicios
de regulación, necesitando esta vez de usuarios que sean más flexibles al dejar
su vehículo conectado a la red. Se considera las tarifas de la parte anterior
para realizar dicho estudio. De igual manera, se aplicó al caso de estudio de
la red de Quito, Ecuador. Con el crecimiento de las energías renovables, como
solar y eólica, la gestión de la electricidad se vuelve más compleja. Con vistas
a utilizar el exceso de energía renovable, se propone una tarifa de electricidad
que permita al agregador de cargar los diferentes vehículos, tomando en cuenta
precios bajos en periodos en donde la energía renovable esté en exceso.
Finalmente, se plantea a planificación de generación de una microred que incluya
la introducción masiva de vehículos eléctricos. Se aplicó al caso de las
islas de Santa Cruz y Baltra, Galápagos, Ecuador, estudiando el impacto en los
costos y en el medio ambiente de nueva generación y considerando la variación
del precio del diésel debido a su incertidumbre. / In the current context, where global warming is growing progressively, it is
fundamental to limit fossil fuels consumption. Hence, transportation is one of
the sectors in which several changes are occurring considering the sustainability.
The Electric Vehicle appears as a new solution for this gradual change;
it does not pollute locally and its energy's balance is very efficient. So, different
programs have been proposed for the growth of electric vehicles in the
automotive market.
Nevertheless, the change from internal combustion vehicles to electric vehicles
generates challenges in several aspects, such as the impact in the electric grid of
a massive introduction of electric vehicles: voltage drops, power losses, quality
of electricity issues, important investments, among others. Several solutions in
operation have been formulated, but most of them do not consider the flexibility
of users, which is a significant criterion for the electric vehicle acquisition.
Moreover, in several works of the literature, many variables are assumed (stateof-
charge, routes, type of battery, etc), which can vary significantly depending
on the user, so also the results. Finally, few works have studied the impact of
electric vehicles in very complex power systems, as the ones that are isolated
from a macrogrid and because of significant penetration of renewable energy
sources, such as microgrids.
In this context, this thesis proposes a novel approach to the participation of
the electric vehicle users in operation and planning of different electric power
systems. This thesis is intended to cover various topics: charging costs decrease,
regulation services participation, use of an excess of renewable energy, and the power generation planning of a microgrid considering the introduction
of electric vehicles.
In a first part, an analysis of the electric vehicle and its interaction with power
systems is presented. Additionally, the principal works on the topic are summarized.
Based on the analysis of these works, this thesis proposes a new methodology
for optimizing the charge of electric vehicles. The participation of a new agent
of the electricity market, the electric vehicle aggregator, is proposed. It has the
ability to manage the charge of the electric vehicles in a zone with significant
size, to coordinate with the grid operator in order to avoid troubles and to
minimize charging costs. Furthermore, the different flexibility of electric vehicle
users is considered because they will choose an EV customer choice product
(CCP) that is adapted to their waiting needs and to the cost they can pay. The
methodology has been applied to a case study in the grid of Quito, Ecuador.
The participation in regulation services has been also considered to discuss
this participation in Ancillary services. The CCPs from the part before are
considered for performing such study but assuming more involvement from the
electric vehicle users. The case study of Quito, Ecuador, was also studied.
With the growth of renewable energies, such as solar and wind, the electricity
management becomes more complicated. In order to use the excess of renewable
energy, an EV charging mechanism for the aggregator is proposed, based
on low prices when the renewable energy is in excess.
Finally, a power generation planning for a microgrid is proposed, considering
the massive introduction of electric vehicles. The case of the Santa Cruz and
Baltra islands, Galapagos, Ecuador are studied to determine its costs and
environmental impacts, based on diesel costs sensitivity studies to account for
its uncertainty. / En el context actual, on l'escalfament climàtic és cada vegada més important,
hi ha la necessitat de limitar el consum de combustibles fòssils. El transport
és un dels sectors en els quals més s'estan generant canvis pel que fa a la
sostenibilitat. El vehicle elèctric apareix com una solució per a aquest canvi
gradual ja que no contamina localment i el seu balanç energètic és molt eficient.
Així, s'han proposat diferents programes per al creixement del vehicle elèctric al
parc automotor. No obstant això, el canvi de vehicles de gasolina per vehicles
elèctrics generen desafiaments en diversos aspectes, com son l'impacte que
ocasiona a la xarxa elèctrica una implantació massiva: caigudes de tensió,
pèrdues de potència, problemes amb la qualitat de l'electricitat, inversions
importants, disminució de la vida útil dels transformadors, etc. S'han plantejat
algunes solucions a la part operativa, però moltes d'elles no han tingut en
compte la flexibilitat dels usuaris, la qual cosa és molt important per a l'adopció
de vehicles elèctrics. De la mateixa manera, en moltes ocasions, en la literatura
s'assumeixen valors per certes variables (estat de càrrega, recorregut, tipus de
bateria, etc.) que poden canviar segons el comportament de cada usuari, el que
modificaria les previsions realitzades. Finalment indicar que pocs treballs han
estudiat l'impacte del que vehicles elèctrics en xarxes elèctriques on la gestió
energètica és més complicada a causa del seu aïllament d'una macroxarxa i amb
alta penetració d'energies renovables, com ho són les microxarxes. En aquest
marc, aquesta tesi proposa un enfocament nou pel que fa a la participació dels
usuaris de vehicles elèctrics en l'operació i planificació de diferents sistemes
elèctrics de potència. Aquesta tracta alguns aspectes principals: disminució de
costos de càrrega, participació en serveis de regulació, aprofitament d'energia
renovable, així com la planificació de generació d'una microxarxa incorporant vehicles elèctrics. En una primera part, es presenta una anàlisi del vehicle
elèctric i la seva interacció en sistemes de potència. De la mateixa manera,
es presenten els treballs de recerca relacionats sobre la temàtica. En base
a l'anàlisi d'aquests treballs, aquesta tesi proposa una nova metodologia per
optimitzar la càrrega dels vehicles elèctrics. Es proposa la participació d'un
nou agent del mercat elèctric, el Agregador de vehicles elèctrics. Haurà de
gestionar la càrrega d'aquests vehicles en una important zona, coordinar amb
l'operador de la xarxa per evitar fallades i minimitzar els costos de càrrega.
De la mateixa manera es considera la diferent flexibilitat dels usuaris ja que
podran escollir una tarifa que s'adapti a la seva disponibilitat en espera i
pagar el preu per allò. La metodologia ha estat aplicat a un cas d'estudi a
la xarxa de Quito, Equador. Es proposa també la participació en serveis de
regulació, necessitant aquest cop d'usuaris que siguin més flexibles en deixar el
seu vehicle connectat a la xarxa. Es consideren les tarifes de la part anterior
per a realitzar dit estudi. De la mateixa manera, es va aplicar al cas d'estudi
de la xarxa de Quito, Equador. Amb el creixement de les energies renovables,
com solar i eòlica, la gestió de l'electricitat es torna més complexa. Amb
vista a utilitzar l'excés d'energia renovable, es proposa un tarifa d'electricitat
que permeti a l'agregador de carregar els diferents vehicles, especialment en
períodes on l'energia renovable estigui en excés. Finalment, es planteja la
planificació de generació d'una microxarxa que inclogui la introducció massiva
de vehicles elèctrics. En concret, es va aplicar al cas de la illes de Santa Cruz
i Baltra, Galápagos, Equador, estudiant l'impacte de la nova generació en els
costos i en el medi ambient i considerant la variació del preu del dièsel, causa
de la seva incertesa. / Clairand Gómez, JM. (2018). New strategies for the massive introduction of electric vehicles in the operation and planning of Smart Power Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110971
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/110971 |
| Date | 22 October 2018 |
| Creators | Clairand Gómez, Jean Michel |
| Contributors | Álvarez Bel, Carlos María, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales - Departament d'Enginyeria Mecànica i de Materials |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Coverage | east=-78.46783820000002; north=-0.1806532; name=Quito, Equador |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0039 seconds