ES2683148T3 - Central de energía renovable distribuida y un método de su conexión a la red eléctrica existente - Google Patents

Central de energía renovable distribuida y un método de su conexión a la red eléctrica existente Download PDF

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Abstract

Un método para usar una pluralidad de fuentes renovables de energía que comprende: - la generación de energía eléctrica, ya sea mediante energía que tenga las primeras frecuencias características o mediante energía de CC, la energía eléctrica a partir de una forma de energía renovable en una pluralidad de puntos distintos en los que resida una línea eléctrica de CA ya existente (401; 501) incluida en una red eléctrica de CA que conduzca la energía eléctrica con una segunda frecuencia, las primeras frecuencias características son distintas a la segunda frecuencia; y - la transferencia de la energía eléctrica generada en cada punto de la líneas eléctricas de CA (401; 501) a cada punto respectivo para suministrar así energía a la red eléctrica de CA, en donde la energía eléctrica se transfiere a través de una respectiva pluralidad de elementos de transferencia de energía usados como filtros (403; 503) para transferir la energía eléctrica generada en cada punto a la línea eléctrica de CA (401; 501), en donde cada elemento de transferencia de energía (403; 503) reside en uno de los diferentes puntos y donde los elementos de transferencia de energía (403; 503) transfieren la energía eléctrica generada con la primera frecuencia a la línea eléctrica de CA ya existente (401; 501) que transporta la energía eléctrica con la segunda frecuencia directamente a través de la multiplexación por corriente eléctrica continua de los diferentes tipos de energías eléctricas en la misma línea eléctrica ya existente (401;501).

Description

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DESCRIPCION
Central de energla renovable distribuida y un metodo de su conexion a la red electrica existente Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere a una central de produccion de energla electrica que se distribuye a traves de las llneas electricas existentes y que se conecta a la red electrica en diferentes puntos de las llneas electricas.
Antecedentes
Las energlas renovables con bajos niveles de dioxido de carbono estan cobrando cada vez mas importancia, as! como los esfuerzos mundiales para reducir las emisiones de dioxido de carbono y preservar el planeta. En muchos casos, las centrales de energlas renovables mas pequenas, como los parques solares fotovoltaicos, parques eolicos, centrales termoelectricas solares, etc. venden su excedente de energla a las redes electricas externas existentes. El modo actual de operacion consiste en concentrar las fuentes de energla de todo el parque y combinar sus potencias electricas en una, la cual se conecta a la red. Este enfoque presenta ventajas obvias de las que la principal es la facilidad del mantenimiento. Sin embargo, existen distintas desventajas que esta invencion aborda.
Por lo tanto, es necesario realizar mejoras.
Uno de los requisitos fundamentales de una central energetica es la disponibilidad de una parcela de terreno lo suficientemente grande para ubicar la central. En zonas transitadas y con gran densidad de poblacion este requisito puede resultar un gran obstaculo, ya que el terreno puede tener un precio muy alto o no existir disponibilidad del mismo.
La solicitud de patente europea EP0802324A1 presenta una central de generacion de energla eolica de 250 kW, p. ej., para su instalacion en carreteras o vlas ferreas. El sistema usa el viento para la generacion continua de energla electrica con distintas veletas o rotores que suministran corriente electrica a traves de, al menos, un generador, para transferirla a una red de suministro electrico. Los rotores eolicos se montan en estructuras portantes que se extienden a lo largo de una carretera o una via ferrea al tiempo que conservan un espacio libre para los vehlculos de la carretera o de la via ferrea con una separacion de altura segura.
Compendio
La invencion se define por un metodo para usar una pluralidad de fuentes renovables de energla siguiendo los pasos descritos en la reivindicacion independiente 1 y una correspondiente central de generacion de energla con las caracterlsticas tecnicas descritas en la reivindicacion independiente 5.
Se presenta un nuevo metodo de suministro de energla desde generadores electricos a una red electrica. De acuerdo con la presente invencion, los generadores electricos se distribuyen a lo largo de la red y cada generador de energla se conecta directamente a la red en esos puntos. Podemos referirnos a dicha configuracion empleando el termino de central de energla distribuida. Una de las ventajas de las centrales de energla distribuidas es que pueden ubicarse en zonas donde no podrlan ubicarse las centrales tradicionales.
En contraposicion con lo que sucede con la presente invencion, cuando un parque de energla se ubica fuera de su zona de aplicacion las perdidas de transmision pueden llegar a ser significativas. Ademas, el parque de energla normalmente se conecta a la red electrica a traves de un solo punto de conexion. De ese modo, la solidez de todo el suministro de energla dependera de este punto de conexion. La presente invencion reduce el riesgo de que se produzca un fallo total, ya que proporciona multiples puntos de conexion a la red electrica. Esta configuracion tambien reduce favorablemente las perdidas de transmision, ya que los generadores electricos se encuentran situados muy cerca de las llneas de la red electrica.
Breve descripcion de las figuras
La figura 1 muestra un ejemplo de una central de energla distribuida construida de acuerdo con la presente invencion.
Las figuras 2a y 2b muestran ejemplos concretos de un generador de energla que incluye una celula solar fotovoltaica con y sin concentrador, respectivamente.
La figura 3 muestra un ejemplo donde el generador de energla es un aerogenerador.
La figura 4 muestra una configuracion para conectar los generadores de energla a una red de CA existente utilizando filtros de paso bajo y paso alto.
La figura 5 muestra un ejemplo donde se emplea una variedad de diferentes fuentes de energla.
Descripcion detallada
En la figura 1 se ilustra el sistema propuesto. En este caso, se montan generadores de energla individuales (103) en postes de servicio (101), y se conectan a la red (102) a traves de los puntos de conexion (104). Se supone que en cada punto (104), un convertidor de CC a CA o de CC a CC facilita la transferencia de energla entre el generador de energla y la red. Los generadores de energla son, normalmente, una celula solar fotovoltaica o un aerogenerador. Como la empresa de suministro normalmente posee los derechos de uso del terreno en el que se encuentra instalada la red, o posee dicho terreno Integramente, no se precisan terrenos adicionales para construir la central de
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energla en cuestion. Las multiples conexiones inherentes a este sistema garantizan que el suministro de energla alternativa no se vea interrumpido en caso de que algunas de las conexiones fallaran.
Aunque este enfoque puede exigir potencialmente el desembolso de una mayor inversion inicial, en comparacion con los tradicionales parques de energla localizados y, en consecuencia, pudiera no parecer atractivo, los principales contribuidores al coste inicial serlan los convertidores de voltaje. Sin embargo, el futuro desarrollo de las celulas fotovoltaicas y otros generadores electricos debe traducirse en la aparicion de convertidores integrados de un coste mucho mas reducido, con lo que desaparecera esta supuesta limitation.
Ademas, los inversores y los otros componentes electricos que puedan necesitarse podrlan ubicarse en otras partes del conjunto de la red electrica de mas facil acceso; esto reducirla, en gran medida, los costes de instalacion y mantenimiento de las centrales de energla distribuida. Por ejemplo, un gran numero de paneles solares colocados cada uno en un polo electrico diferente podrlan conectarse electricamente a un unico inversor. La conexion electrica podrla realizarse a traves de llneas electricas exclusivas para ese fin o a traves de las llneas electricas existentes. En el primer caso, se conecta un gran numero de celulas fotovoltaicas primero a una red electrica CC de tamano pequeno o medio, que dirige la electricidad derivada del sol a una red electrica CA de gran tamano a traves de un punto de conexion que contiene un unico inversor. En el segundo caso mostrado en la figura 4, podrlan conectarse electricamente las mismas celulas fotovoltaicas (402) directamente a las llneas electricas CA existentes (401), superponiendo as! una red basada en CC a la red existente basada en CA. La conexion cruzada o conexiones cruzadas entre las dos redes podrla(n) darse en unos pocos emplazamientos seleccionados a traves de una combination de filtros de paso bajo (403), filtros de paso alto (405) y un inversor (404). De este modo, toda una central de energla solar distribuida con multitud de paneles solares podrla subdividirse en un numero mucho mas reducido de secciones o parcelas que requieren servicios electricos como la conversion de CC a CA y otros. Este segundo enfoque es particularmente atractivo ya que reduce, en gran medida, tanto los costes de instalacion como los de mantenimiento.
Este concepto consistente en multiplexar diferentes tipos de energlas electricas en la misma llnea electrica puede usarse junto con otras fuentes de energla renovables basadas en CA siempre que la frecuencia caracterlstica de dichos generadores electricos sea diferente a la frecuencia de la llnea principal. En este caso, podrlan usarse filtros electricos de paso de banda para aislar y separar las diferentes fuentes de energla y permitir la conexion electrica a la misma llnea. De ese modo, puede concebirse una llnea electrica (501) con multitud de fuentes de energla diferentes, tal como se muestra en la figura 5, donde se suministran varios tipos de energla electrica (502) y se multiplexan por medio de filtros de paso de banda (503) a diferentes frecuencias caracterlsticas wI a traves de wN, en el que N es el numero de tipos diferentes de fuentes de energla. Multiples convertidores de energla electrica (504) podrlan conectarse a la misma llnea, con lo que se convertirlan diferentes frecuencias de corriente a una frecuencia de llnea comun wunea, haciendola de ese modo aprovechable para los clientes de otros puntos de la red. Con el fin de limitar la propagation de la corriente electrica a traves de la red a unas frecuencias que no fueran las estandares (diferentes a la frecuencia de llnea comun), podrlan colocarse amortiguadores electricos o filtros de paso de banda de llnea estrecho en diferentes puntos clave a lo largo de la red electrica. Algunos de los puntos de insertion adecuados de dichos amortiguadores son los puntos de conexion de los convertidores, los extremos de la red electrica y los extremos de las subredes electricas renovables.
Pueden concebirse multiples aplicaciones posibles de la idea anterior. El generador de energla puede ser una celula fotovoltaica, un aerogenerador, una mini-turbina solar termoelectrica, etc. A continuation se describen ejemplos de aplicacion con una celula fotovoltaica y con un aerogenerador. Las implementaciones mas atractivas de las centrales de energla distribuidas son las que implican componentes que no requieren mantenimiento como los paneles o modulos de celulas fotovoltaicas.
Ejemplo 1. Celula solar fotovoltaica
Un generador de energla individual de tamano suficientemente pequeno, como una celula fotovoltaica, puede colocarse directamente en el poste de servicio y conectarse a la red. La figura 2a ilustra dicha configuration de una celula fotovoltaica con un concentrador. El concentrador (202) se monta en el poste (206) y concentra los rayos (205) en una celula fotovoltaica (201), que se conecta a la red en el punto (204) a traves de un convertidor de CC a CA. El soporte (203) sostiene el concentrador. Un ejemplo de dicha celula es la T1000, fabricada por Emcore. Alcanza un 37% de eficiencia de conversion en condiciones adecuadas de iluminacion del concentrador. La figura 2b ilustra una configuracion de una celula fotovoltaica sin concentrador. En este caso, la celula fotovoltaica (201) se monta en un poste (206) y se conecta a la red por medio de una conexion en el punto (204) a traves de un convertidor de CC a CA. Un ejemplo de dicha celula puede ser una celula fotovoltaica de silicio policristalino KC50T, fabricada por Kyocera. Con un 16% de eficiencia de conversion y 25 anos de garantla de potencia producida es un ejemplo representativo de la tecnologla actual que podrla emplearse.
Ejemplo 2. Aerogenerador
En este ejemplo se coloca un aerogenerador en el poste de servicio y se conecta a la red. La figura 3 ilustra dicha configuracion. Se monta un aerogenerador (301) en un poste (303) y se conecta a la red en el punto (302) a traves de un convertidor adecuado, con lo que se suministra energla directamente a la red. Ejemplo de dicho aerogenerador es el Inclin 600, fabricado por Bornay.
Aunque en este documento se ilustran y describen varios ejemplos y representaciones, debe tenerse en cuenta que el ambito de la invencion solo lo define el contenido de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para usar una pluralidad de fuentes renovables de energla que comprende:
    - la generacion de energla electrica, ya sea mediante energla que tenga las primeras frecuencias caracterlsticas o mediante energla de CC, la energla electrica a partir de una forma de energla renovable en una pluralidad de puntos distintos en los que resida una llnea electrica de CA ya existente (401; 501) incluida en una red electrica de CA que conduzca la energla electrica con una segunda frecuencia, las primeras frecuencias caracterlsticas son distintas a la segunda frecuencia; y
    - la transferencia de la energla electrica generada en cada punto de la llneas electricas de CA (401; 501) a cada punto respectivo para suministrar as! energla a la red electrica de CA, en donde la energla electrica se transfiere a traves de una respectiva pluralidad de elementos de transferencia de energla usados como filtros (403; 503) para transferir la energla electrica generada en cada punto a la llnea electrica de CA (401; 501), en donde cada elemento de transferencia de energla (403; 503) reside en uno de los diferentes puntos y donde los elementos de transferencia de energla (403; 503) transfieren la energla electrica generada con la primera frecuencia a la llnea electrica de CA ya existente (401; 501) que transporta la energla electrica con la segunda frecuencia directamente a traves de la multiplexacion por corriente electrica continua de los diferentes tipos de energlas electricas en la misma llnea electrica ya existente (401;501).
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la forma de energla renovable es energla solar.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la forma de energla renovable es energla eolica.
  4. 4. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la forma de energla renovable es energla solar termoelectrica con mini turbina.
  5. 5. Una central que genere energla distribuida combinada con una red electrica de CA que incluye una llnea electrica de CA ya existente (401; 501), la energla distribuida que genera esta central comprende:
    - una pluralidad de generadores de energla (402; 502) para convertir una forma de energla renovable a energla electrica; y
    - una pluralidad de transferencia de energla a modo de filtros (403; 503) para transferir la energla electrica generada por los respectivos generadores de energla (402; 502) a la llnea electrica de CA ya existente (401;
    501) en diferentes puntos cercanos a la llnea electrica de CA (401; 051), en donde cada generador electrico (402; 502) y su elemento de transferencia de energla asociado residen en cada uno de los diferentes puntos, y en donde los elementos de transferencia de energla (403; 503) estan configurados para transferir energla ya sea con las primeras frecuencias caracterlsticas o con energla de CC procedente de los generadores electricos (402; 502) a la llnea electrica de CA ya existente (401; 501) de la red electrica existente que transporta la energla con una segunda frecuencia, las primeras frecuencias caracterlsticas son distintas a la segunda frecuencia, a traves de la multiplexacion por corriente electrica continua de las diferentes energlas electricas generadas a la misma llnea electrica ya existente (401; 501).
  6. 6. La central de energla distribuida de la reivindicacion 5, en donde un elemento de transferencia de energla (404; 504) situado a mayor distancia, reside en un punto distante de dichos generadores de energla (402; 502).
  7. 7. La central de energla distribuida de la reivindicacion 6, en donde el elemento de transferencia de energla situado a mayor distancia consta de un convertidor de CC a CA (404).
  8. 8. La central de energla distribuida de la reivindicacion 5 que ademas comprende una pluralidad de soportes (206; 303) en los que se apoye la llnea electrica de CA ya existente (401; 501), en donde cada generador de energla (402;
    502) y el elemento de transferencia de energla al que este asociado (403; 503) se encuentran sujetos a uno de los soportes (206; 303).
  9. 9. La central de energla distribuida de la reivindicacion 5, en donde al menos uno de los generadores de energla (402; 502) incluye una configuracion de celulas solares (201).
  10. 10. La central de energla distribuida de la reivindicacion 5 en donde, al menos, uno de los generadores de energla (402; 502) incluye un aerogenerador
  11. 11. La central de energla distribuida de la reivindicacion 5 en donde, al menos, uno de los generadores de energla (402; 502) incluye un generador termoelectrico solar con mini-turbina.
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  12. 12. La central de energla distribuida de la reivindicacion 5 que ademas comprende una pluralidad de soportes, cada uno de los cuales sostiene un generador de energla (402; 502) y un elemento de transferencia de energla (403;
    503), en donde cada soporte esta unido, ademas, a un polo de diversas funciones (206; 303) que sostiene la llnea electrica de CA ya existente (401; 501) en una pluralidad de puntos.
  13. 13. La central de energla distribuida de la reivindicacion 7, en donde cada uno de los elementos de transferencia de energla situados a mayor distancia (404; 504) convierte la energla electrica procedente de al menos dos generadores de energla (402; 502).
  14. 14. La central de energla distribuida de la reivindicacion 5, en donde dichos generadores de energla (402; 502) se conectan primero a una subred electrica independiente.
  15. 15. La central de energla distribuida de la reivindicacion 6, en donde
    - dichos elementos de transferencia de energla comprenden filtros de paso de banda (503) para aislar las diferentes fuentes de energla entre si, y en donde los elementos de transferencia de energla situados a mayor distancia comprenden convertidores de energla electrica (504), y en donde
    - los convertidores de energla electrica (504) estan conectados a dicha llnea electrica de CA ya existente para convertir dichas primeras frecuencias a la segunda frecuencia de la llnea electrica de CA ya existente.
  16. 16. La central de energla distribuida de la reivindicacion 7, en donde
    - los generadores de energla son celulas fotovoltaicas (402) colocadas sobre diferentes postes electricos (206) y conectadas a la llnea electrica de CA ya existente (401), a traves de los elementos de transferencia de energla (403),
    - dichos elementos de transferencia de energla situados a mayor distancia comprenden filtros de paso bajo (405), y en donde
    - los filtros de paso bajo (403), los filtros de paso alto (405) y el convertidor de CC a CA (404) transfieren y convierten la corriente CC de la llnea electrica de CA ya existente (401) a corriente CA, que se transfiere de vuelta a la llnea electrica de CA ya existente (401) como potencia de CA.
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