CELEC EP Unidad de Negocios Termopichincha AUTOMATIZACIÓN DE UNA PLANTA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA BIODIESEL- FOTOVOLTÁICA CON BATERÍAS DE RESPALDO PARA LA CENTRAL FLOREANA EN LAS ISLAS GALÁPAGOS Expositores Ing. Miguel Ángel Cedeño Villarroel Ing. Julio Emiliano Crespo Carrión CELEC EP Unidad de Negocios Termopichincha

Agenda Introducción Antecedentes Alcance Situación actual Desarrollo del proyecto Aplicación práctica Conclusiones

Introducción La isla Floreana cuanta con tres sistemas de generación eléctrica: Generación térmica Paneles solares Inversores y baterías (en proceso de instalación) El proyecto automatiza la generación eléctrica biodiesel - fotovoltaica de la Isla Floreana Galápagos usando controladores dedicados de última tecnología. Desde hace dos años Termopichincha y Elecgalapagos mantienen un convenio para mantenimiento y modernización de sistemas de generación termoeléctrica.

Introducción La arquitectura del sistema está desarrollada para reducir el consumo de combustibles mediante el máximo aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica. Mínima participación de los grupos electrógenos en las horas del día con mayor radiación solar y en la noche en las horas de menor demanda, usar la carga existente de las baterías. El sistema es capaz de almacenar el exceso de energía durante el día para ser suministrada por la noche

Objetivo Aprovechar al máximo el recurso solar con la instalación de un control automático de generación hibrida en la Isla Floreana. Cubrir la nueva demanda eléctrica por la instalación de cocinas de inducción en isla Floreana

Isla Floreana - Galápagos

Antecedentes La presencia humana en el patrimonio mundial de las Islas Galápagos ocasiona, entre otras cosas, una demanda energética que debe ser satisfecha eficientemente y con el menor impacto ambiental posible.   La central Floreana forma parte de las islas habitadas en el archipiélago de Galápagos con una población aproximada de 154 habitantes. Con un consumo actual promedio de 35kw con un máximo de 45 kw, se encuentra dentro de la política "cero combustible fósiles para Galápagos".

Antecedentes Actualmente la central Floreana cuenta con un parque solar de una potencia aproximada de 20 kwp nominales , 2 motogeneradores de 75 kw que funcionan con aceite de piñón y dos motogeneradores a diesel asignados. Los dos sistemas no operan en conjunto, por lo que se plantea la instalación de un control automático para todo el parque de generación eléctrica y además un banco de baterías que estará compuesto por 3 grupos de 18 kw cada uno para optimizar al máximo el rendimiento del parque solar.

Alcance Automatizar la generación eléctrica biodiesel-fotovoltaica de la Isla Floreana en Galápagos para incrementar el ahorro de combustible mediante el máximo aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica. El sistema es capaz de almacenar el exceso de energía durante el día para ser suministrada por la noche. La energía almacenada es la necesaria para evitar el arranque de otro grupo electrógeno durante la hora pico nocturna. Cubrir la demanda total de la isla con una proyección a futuro  

Ubicación Central Floreana

Situación actual Actualmente el parque solar trabaja a un 25% de su capacidad porque no se puede controlar la carga que entregan los paneles, con la instalación de las baterías y el control automático se optimizará al máximo el recurso solar. Al momento se encuentran instalados dos motogeneradores de 76 kw cada uno, que utilizan aceite de piñon para la generación eléctrica. Se encuentra instalado un transformador de 75 kva en la planta térmica, con la automatización se deberá aumentar esta potencia.

Que es el aceite de piñon El piñon es un arbusto que ha sido tradicionalmente plantado en fincas de la Costa y empleado en la década de los ´60s en la industria aceitera, para usos no comestibles. De acuerdo a estudios realizados por el IICA la disponibilidad de cercas vivas en Manabí sería suficiente para satisfacer las necesidades para la generación de electricidad en las Islas Galápagos. IICA (Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura)

Desarrollo La automatización se basa en el control automático de frecuencia y voltaje, esto controlará que la planta térmica y el banco de baterías (almacenamiento de energía) sean capaces de operar en paralelo. 

Desarrollo La planta fotovoltaica existente tiene un total de 2 inversores SUNNY TRIPOWER de 10Kw , la capacidad nominal de la planta es de 21 KwP (capacidad pico de los módulos instalados) en panales solares. Las salidas de los inversores trifásicos son conectados a barras comunes de bajo voltaje 400 V, que se conectan a la entrada del transformador de potencia de 30 KvA.  

Desarrollo La central térmica debe permitir el suministro completo e ininterrumpido de Floreana en caso de que la planta fotovoltaica, las baterías e inversores no estén disponibles. La capacidad eléctrica neta total de la central térmica será: 297 kW compuesta por 2x76kW biodiesel, 45 kW diesel y 100 kW diesel.

Desarrollo A los transformadores de la subestación térmica se conectan en baja tensión los generadores y los bancos de baterías La planta fotovoltaica también tiene su propio transformador

Diagrama de ejemplo del despacho de un Sistema Híbrido

Demanda La demanda actual de energía eléctrica de la Isla Floreana es de 45 kWh en horas pico en los meses de mayor demanda. Mediante una proyección a futuro se estima (cuando comiencen a funcionar las cocinas a inducción) una demanda pico de 125 Kwh

Demanda y consumo Despacho diario promedio en un mes de mayor demanda. EL consumo de combustible para generación eléctrica actualmente en la isla Floreana es aproximadamente entre 2000 y 2200 galones mensuales.

APLICACIÓN PRÁCTICA Para el desarrollo de este proyecto se parte de la premisa de automatizar los 3 sistemas de generación, solar, térmico y baterías

APLICACIÓN PRÁCTICA En primer lugar se deberán automatizar los 4 motores existentes para que puedan trabajar en paralelo, compartir carga, sincronizarse a la barra, prenderse y apagarse según su carga horaria.

APLICACIÓN PRÁCTICA El sistema híbrido funciona verificando continuamente los datos de todas las fuentes de energía incluyendo la solar, eólica o hidroeléctrica y grupos electrógenos. Para el caso de esta instalación solo se utilizaran fuentes solar, fuente DC y grupos electrógenos

APLICACIÓN PRÁCTICA Para que la reserva rodante sea posible, los motores deben estar sincronizados , trabajando en paralelo y conectados a un bus de comunicación Al realizar el sincronismo de grupos electrógenos en paralelo, hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones. Voltaje similar a la barra Frecuencia de salida hacia la barra Correcta secuencia y correspondencia de fases

APLICACIÓN PRÁCTICA Una vez que hemos emparejado frecuencia, voltaje, secuencia de fases es posible lograr la sincronización.

APLICACIÓN PRÁCTICA Parque solar La perla El parque solar La perla actualmente cuenta con 2 inversores SMA 10000TL, de 10kw cada uno, dichos inversores, necesitan una onda guía por parte de los generadores o del inversor para que puedan imitar la onda y entregar la potencia que tengan a disposición.

INCREMENTO DE LA DEMANDA Consumo previsto con las cocinas de inducción Las cocinas de inducción que se entregarán a la población tendrán un incremento previsto en hora pico de 125 kw como máximo

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Tener un control automático permite el máximo aprovechamiento de la componente solar del sistema La arquitectura del sistema híbrido térmico-fotovoltaico de la isla Floreana está concebida para maximizar el ahorro de combustible. La automatización de este sistema, permite trabajar con los motores en paralelo usándolos de acuerdo al escenario más conveniente El sistema automático garantiza un sistema confiable y continuo para los habitantes de la isla

GRACIAS miguel.cedenov@celec.gob.ec emiliano.crespo@celec.gob.ec