Dña. Mónica Aguado Alonso, Directora del departamento de Integración en Red de Energías Renovables, CENER, presenta un ejemplo de Smart Grid desarrollada integramente por su entidad. La ponencia tuvo lugar en el marco del encuentro CTE "Smart Cities: nuevos desafíos" en el transcurso de la Semana Navarra de la Ciencia 2012

1. ENCUENTRO CTE – “SMART CITY: NUEVOS DESAFIOS”
SMARTGRIDS: EL RETO DE LAS REDES
INTELIGENTES
Dra. Mónica Aguado Alonso
Pamplona, 15 de Noviembre 2012

2. índice
1. Introducción
2. ¿Qué es una Smart Grid?
3. ¿Qué es una MicroGrid?
4. Atenea Microgrid
5. Conclusiones

3. 1. Introducción

4. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
1. Introducción
Nuevo modelo de organización de las ciudades que permitirá
una gestión sostenible
Economí Movilida
a d
Ciudad Inteligente basada
en 6 ejes principales Entorno Gente
Vida Gestión

5. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
1. Introducción
Concepto novedoso aplicado a Administracione
s publicas
las ciudades – poblaciones
Tecnologías de
la información y
Ciudadanos
comunicaciones
- TICs
Eficiencia
energética y
sostenibilidad

6. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
1. Introducción
El papel de CENER se centra en el aspecto de Eficiencia
Energética y Sostenibilidad
Eficiencia
energética y
 Demanda energética (eléctrica y térmica) sostenibilida
d
 Movilidad Eléctrica
 Eficiencia Energética en Edificación

7. 2. ¿Qué es una SmartGrid?

8. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
2. ¿Qué es una SmartGrid?
• El concepto de SmartGrid fue desarrollado en 2006 por la “European Technology Platform
for Smart Grids” y hace referencia la concepto de redes eléctricas inteligentes integrando las
acciones de todos los usuarios conectados: generadores, consumidores y ambos con el
objetivo de conseguir un suministro mas eficiente, económico y seguro
• Una smart grid incluye productos innovadores y servicios de manera conjunta con sistemas
de monitorización, control y comunicación inteligentes, con el objetivo de:
 Facilitar una mejor conexión y operación de los generadores (potencias y tecnologías)
 Permitir a los consumidores participar en la optimización y operación del sistema
 Proporcionar a los consumidores mas información y opciones para la elección del
suministro de energía
 Reducir de forma significativa el impacto medioambiental del sistema eléctrico
 Mantener e incluso incrementar los elevados niveles actuales de fiabilidad, calidad y
seguridad en el suministro
 Favorecer el desarrollo de un mercado integral europeo

9. 3. ¿Qué es una MicroGrid?

10. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
3. ¿Qué es una MicroGrid?
SmartCit
y
SmartGri SmartGri
d d
MicroGri
Microgrid Microgrid
d

11. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
3. ¿Qué es una MicroGrid?
El CERTS define la microrred como una agregación de cargas y microgeneradores
operando como un sistema único que provee tanto energía eléctrica como energía
térmica
El proyecto del V programa marco “Microgrids” da la siguiente definición:“Las
microrredes comprenden sistemas de distribución en baja tensión junto con
fuentes de generación distribuida, así como dispositivos de almacenamiento.
La microrred puede ser operada tanto en modo no autónomo como autónomo.
La operación de sus elementos puede proporcionar beneficios globales al
sistema si se gestionan y coordinan de manera eficiente”

12. 4. Atenea MicroGrid

13. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea - MicroGrid
El Gobierno de Navarra se plantea como objetivo desarrollar el sector
empresarial de la energía, concretamente el de la Generación Distribuída
(DG) en Navarra, generando tecnología y conocimiento propios.
Para alcanzar dicho objetivo, el Departamento de Innovación, Empresa y
Empleo del Gobierno de Navarra y la Unión Europea, a través de fondos
FEDER, financiaron el proyecto “Microrredes en Navarra: diseño,
desarrollo e implementación”

14. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Objetivo General
El objetivo principal de este proyecto es el diseño de
microrredes y sus estrategias de control para permitir el
funcionamiento óptimo de sus diferentes elementos, añadiendo
nuevas funcionalidades, asegurando el suministro eléctrico en
modo aislado, atenuando las perturbaciones en modo conectado
y colaborando en el mantenimiento de la estabilidad de la red

15. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Metodología
Cener ha desarrollado su propia Dimensionamient
metodología de microrredes o
Definición de
Implementación
equipos e
y validación final
instalaciones
Definición de Definición de
protocolos de estrategias de
comunicación control
Simulaciones

16. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Objetivos Específicos
Gestión de la potencia generada en cada
momento para asegurar el suministro
demandado.
Lograr que toda la potencia consumida
provenga de fuentes renovables. De esta
manera se promueve la independencia
energética de nuestras instalaciones.
Proteger las instalaciones respecto a
fallos de la red o de la microrred.
Enviar el exceso de energía generada a la
red, logrando que la microrred sea una
parte activa en la red de distribución.

17. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Localización
Sangüesa
SPAIN

18. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Descripción
Microrred orientada a aplicaciones industriales
Arquitectura AC con una potencia de mas de
100 kW
Cubre parte de los consumos eléctricos del
Laboratorio de Ensayo de Aerogeneradores -
LEA- y del alumbrado del polígono industrial
Rocaforte
También puede ser utilizada como banco de
ensayos para nuevos equipos, sistemas de
generación, almacenamiento de energía,
estrategias de control y sistemas de protección
Puede operar en modo aislado y en modo
conectado a la red

19. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Descripción

20. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Equipos
GENERACIÓN
G- Instalación Fotovoltáica 25 kWp
G- Generador Diesel 55 kVA y
Microturbina de Gas 30 kW
G- Turbina eólica 20 kW (además del aprovechamiento térmico)
full-converter

21. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Equipos
SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO
S- Baterías de Plomo-Ácido, 50 kW x 2 horas S- Batería de flujo, 50 kW x 4 horas

22. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Equipos
CARGAS
L- Cargas trifásicas 120 kVA
L- Luminaria del polígono L/S- Vehículo eléctrico
industrial y oficinas - LEA -

23. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Equipos
Sistemas de almacenamiento (en desarrollo)
- Supercondensadores 30 kW, 45 s
- Supercondensadores 10 kW, 4 s
- Baterías de Ión-Litio
Cargas (en desarrollo)
- Transpaleta eléctrica

24. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Equipos
CONTROL Y SISTEMA DE GESTIÓN

25. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Sistema de Control
PANEL PRINCIPAL DE CONTROL
 Diseño e implementación a cargo de CENER
 Sistema basado en Siemens PLC S//300
Instalación robusta
Ampliamente probado y utilizado en entornos industriales
Desarrollo de Software a cargo de CENER
} Aplicación para la gestión de la energía
} Aplicación para el control de los equipos

26. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: SCADA
SISTEMA SCADA
 Diseño e implementación a cargo de CENER
 Desarrollado mediante la herramienta
Siemens Simatic WinCC
 Acceso a través de internet
 Posibilidad de controlar toda la instalación en
tiempo real
 Posibilidad de mostrar parámetros funcionales
en tiempo real
 Almacenamiento de datos en servidores
internos

27. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Comunicaciones
Servidor y armario de
comunicaciones  Almacenamiento de datos en servidores de
CENER
 Integrado en la red de CENER
 Acceso desde cualquier punto (tanto desde
CENER como desde un punto externo)
Conversor de Fibra
Óptica a Ethernet
Módulos MODBUS

28. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Simulaciones
t
Clock 13
v Paero
Paero
i Qaero
14
A A
Kaero com
A
a
b
cálculo
potencias
Vabc A
Iabc
a
b
B
Qaero
[Paero ]
Aerogenerador
[Vabc ]
Perfil _viento
Objetivos:
B B B C 0
c
C C C c Plimite _aero
Acometida aerogenerador Contactor Aerogenerador
 Validación de la gestión del sistema
Pfotov 15
v
Pfotov
i Qfotov
16
cálculo Qfotov
Paneles fotovoltaicos
48 potencias 2
Va_red _conectado [P_fotov ] Plimite _fotov
42
49 Pa_red _conectado Vabc A Pot _Fotov 30 min
Kfotov com a Iabc
Vb _redconectado 45 B
A A A a [Vabc ]
Qa _red _conectado b b
50 B B B C
Pa_red c 0
Vc_redconectado PQ_A
43 C C c
C Pa_Pb
[Vabc ] Vabc P_Q_Fase_A Qa_red Pb_red _conectado
Acometida photovoltaica Contactor fotovoltaica 17
Pb_red
Iabc P_Q_Fase_B PQ_B 46
 Desarrollo de diferentes estrategias de gestión de la
Qb_red
Qb_red _conectado [Pmed _Pb_faseA ]
Pc_red
Fr Freq _fases _abcP_Q_Fase_C 20
PQ_C Qc_red 44 Pa_Pb
Frecuencia de la red Pc_red _conectado Vabc 18 Qa _Pb
Medidor P _Q Monofasico 2 Qa_Pb
por fases 3 Filtrado 1 Pb_Pb
47 Pb_Pb
Qc_red _conectado [Pmed _Pb_faseB ]
Iabc Qb_Pb
Pc_Pb 21
Fr 19 Qb _Pb
Kgeneradores com Freq_fases _abc Qc_Pb
energía
a Pc_Pb
A Vabc Frecuencia de la red
A aislado com a Vabc A A Medidor P _Q Monofasico [Pmed _Pb_faseC ]
Iabc Iabc b por fases
A a
A a B B 22
N B B a
b b
b b C
c
SOC _Pb Qc_Pb
B B c C
C C Modulo de baterias Pb
c c C 35
c C Vbat_elevador
Red Electrica C
SOC_bat_Pb
[Vbat _elevador ]
Medición Lado Alta SDS
P_carga_faseA Pbat _Pb_A
Trafo [SOC _bat _Pb]
Q_carga_faseA Qbat _Pb_A
[VDC_bat _Pb] Vdc_bat_Pb P_carga_faseB Pbat _Pb_B
Q_carga_faseB Qbat _Pb_B
Fase A P_carga_faseC Pbat _Pb_C
Vabc A
Q_carga_faseC Qbat _Pb_C
 Predicción de las respuestas del sistema ante
Iabc
Kbat _Pb com a
Vabc [Vabc ]
a B Fase B
A A A Pmed_faseA
b b [Pmed _Pb_faseA ]
Pa_cargas _LEA B B B C Pmed_faseB
c
[Pmed _Pb_faseB ]
C C C c Fase C Pmed_faseC
1 [Pmed _Pb_faseC ]
Qa _cargas _LEA Acometida batería Pb Contactor baterias Pb
4 Pa_carga_LEA PQ_A
diferentes eventos
Pb_cargas _LEA Qa_carga_LEA
P_Q_Fase_A Vabc
2
Pb_carga_LEA
Qb _cargas _LEA PQ_B P_Q_Fase_B Iabc
Qb_carga_LEA
37
5 Va_red _aislado
Pc_cargas _LEA P_Q_Fase_CFreq _fases _abc Fr
Pc_carga_LEA 23
38
3
Qc_carga_LEA
PQ_C Medidor P _Q Monofasico 4 Frecuencia de la red [Pmed _flujo _faseA] Pa_flujo
Qc_cargas _LEA por fases 4 Vb_red _aislado
6 Filtrado 2 39 26
Vc_red _aislado Qa_flujo
Sistema _ Cargas _LEA
Vabc Pa_flujo 24
Vabc Qa_flujo
Pb_flujo Pb _flujo
_cargas _LEA _30 m [Pmed _flujo _faseB ]
A Iabc Qb_flujo
_cargas _LEA _30 m Pc_flujo 27
Iabc Acometida Cargas LEA [Pmed _flujo _faseC]
Contactor Cargas LEA Freq_fases _abc Qc_flujo Qb_flujo
Fr
_cargas _LEA _30 m 25
A A com Kcargas _LEA Frecuencia de la red Medidor P _Q Monofasico 3
a a Pc_flujo
_cargas _LEA _30 m B
por fases 1 28
_cargas _LEA _30 m A Modulo de baterias Flujo Qc_flujo
b B B b
_cargas _LEA _30 m SOC_flujo Pbat _flujo _A
B
C 0
[Vabc ] 36
c Pbat _flujo _B
Pa _cargas _Pol C c C
C
0
7 Vabc A
Pbat _flujo _C
Qa_cargas _Pol Kbat _flujo com Iabc
Pa_carga_Pol a 0
PQ_A B
10 a
Qa_carga_Pol
A A A [Vabc ]
Pb _cargas _Pol P_Q_Fase_A Vabc b b
B B B C [Pmed _flujo _faseA]
8 Pb_carga_Pol c
Qb_cargas _Pol PQ_B P_Q_Fase_B Iabc c [Pmed _flujo _faseA]
C C C
Qb_carga_Pol [Pmed _flujo _faseA]
11 Contactor bateria Flujo
P_Q_Fase_CFreq _fases _abc Fr
Acometida batería Flujo
Pc_cargas _Pol Pc_carga_Pol
9
Qc_carga_Pol
PQ_C Medidor P _Q Monofasico 5 Frecuencia de la red
Qc _cargas _Pol por fases 5
12 Filtrado 3
Sistema _ Cargas _Alumbrado _Poligono
Vabc
_cargas _Pol _30 m
A
a_cargas _Pol _30 m Iabc Acometida Cargas Poligono
Contactor Cargas Poligono
_cargas _Pol _30 m
A A com Kcargas _Pol
a a
b_cargas _Pol _30 m B
c_cargas _Pol _30 mi A
b B B b 40
c_cargas _Pol _30 m v Paero
B PGdiesel
C
[Vabc] Qaero
c i
c 41
C C C
cálculo QGdiesel
potencias 1 Dnerador Diesel
[PGdiesel ] P_Gdiesel _ref
Pa_cargas _Prog
29 Vabc A
Qa _cargas _Prog
KGdiesel com Iabc
Pa_carga_Prog a Q_Gdiesel _ref
30 PQ_A B
a
Pb_cargas _Prog Qa_carga_Prog
A A A
P_Q_Fase_A Vabc b b
31 B B B C
Qb _cargas _Prog Pb_carga_Prog c
PQ_B P_Q_Fase_B Iabc c [Vabc ]
C C C
32 Qb_carga_Prog
Pc_cargas _Prog Acometida Generador Diesel Contactor Generador Diesel
P_Q_Fase_C Freq_fases _abc Fr
Pc_carga_Prog
33
Qc_carga_Prog
PQ_C Medidor P _Q Monofasico 6 Frecuencia de la red
Qc_cargas _Prog por fases 6
34 Filtrado 4
Sistema _ Cargas _Programables
Cuadro Cargas Programables
Vabc
A
Iabc Acometida Cargas Programables
Contactor Cargas Programables
A A com Kcargas _prog
a a
B
A
b B B b
B
C
[Vabc] c
C c C
C

29. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Simulaciones

30. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Software
- Simular aceleradamente el comportamiento de una smartgrid
- Validar que la estrategia de gestión cumple los objetivos fijados
- Optimizar el diseño de la instalación en fases iníciales

31. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
4. Atenea – MicroGrid: Software
Carga estrategia gestión
Optimización
Estado de carga de la batería Potencia Generada PV

32. 5. Conclusiones

33. SmartGrids: El reto de las redes inteligentes
5. Conclusiones
SmartGrids SRA 2035 establece que el desarrollo en este campo debe ir dirigido a la
consecución de los objetivo en Europa mas allá de los fijados para 2020:
 Una reducción del 80% de las emisiones para 2050
 Producción energía prácticamente independiente de combustibles fósiles
El desarrollo de las SmartGrids debe de contribuir para:
 Alcanzar el objetivo de incrementar la generación a partir de renovables hasta alcanzar en 2020
un 34% del total de la energía consumida de Gestión de la potencia generada en cada momento
para asegurar el suministro demanda
 Mantener el alto nivel de calidad y seguridad en el suministro considerando la participación de la
generación distribuida
 Crear un sistema mas controlado e inteligente
 Conseguir un consumo mas eficiente
 Integrar sistemas de almacenamiento

34. www.cener.com
Departamento de Integración en Red
de Energías Renovables
Mónica Aguado Alonso, PhD.
e-mail: maguado@cener.com
Tel.: +34 948 25 28 00