Máster en Sistemas de Energía Eléctrica

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Advanced Non Inverting Rogowski Integrator Design for SMART Tokamak Current Measurement
(2023) Vicente Torres, Pablo; Martín Prats, María de los Ángeles; Ayllón Guerola, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Mecánica y de Fabricación
En el último siglo el enorme consumo energético basado en combustibles fósiles ha causado un gran impacto en el medio ambiente. Las energías renovables juegan un papel protagonista en la transición energética. Sin embargo, su alta dependencia de las condiciones climáticas impide que sean la solución definitiva. La entrada de nuevas centrales como base en la matriz energética es unos de los mayores intereses actuales. La fusión nuclear podría ofrecer una solución en este campo, tratándose de una energía que no genera gases de efecto invernadero, no genera residuos radiactivos de vida larga y su combustible es abundante. En las próximas décadas se espera poder tener disponibles plantas de fusión nuclear para la generación comercial con las que generar energía de forma deslocalizada. La posibilidad de construir reactores de fusión nuclear como fuente de energía desde fue considerada desde mediados el siglo XX. Los reactores de tipo tokamak han permitido realizar numerosos experimentos en este campo. En su aplicación, es necesario un adecuado control sobre el confinamiento del plasma de acuerdo con las restricciones impuestas por el experimento y las restricciones de seguridad a las que está sometida la máquina, ya que fluctuaciones o inestabilidades del plasma ponen en riesgo el funcionamiento normal de la máquina. Los sistemas de adquisición de datos son responsables de recopilar toda la información en tiempo real de los parámetros en estudio, estos permiten evaluar el estado del plasma y tomar decisiones instantáneas para ajustar los campos magnéticos y otros parámetros del tokamak. Los sistemas desempeñan un papel fundamental en la optimización y estabilización del plasma, así como mantener las condiciones necesarias para que la fusión nuclear ocurra de manera sostenible y eficiente. Además, los datos recopilados son esenciales para investigar y comprender mejor el comportamiento del plasma en condiciones extremas, lo que a su vez contribuye al avance en la investigación de la fusión nuclear como fuente de energía limpia y abundante. El tokamak SMART requiere nuevos diseños para los sistemas de adquisición y adaptación de señales. Se ha realizado una revisión de la bibliografía existente sobre métodos y arquitecturas de integración de señales y su instrumentación electrónica. Se han construido integradores analógicos para medidas de corriente de plasma en tiempo real, que serán incluidos en los lazos de control que modifican la forma y posición del plasma. Se han definido las características básicas del integrador analógico para su aplicación y se ha reducido el número de componentes activos con respecto a las arquitecturas ya planteadas, ofreciendo una solución más económica y compacta con las mismas prestaciones. Se ha creado un modelo genérico en Matlab y se han realizado simulaciones en LSpice sobre el ancho de banda y el nivel de ruido de un prototipo de circuito. Finalmente, se ha construido la placa de circuito impreso para su instalación y prueba.
Ajuste de las protecciones principales y de respaldo de una subestación 66/20 kV
(2020) Báez González, Juan José; Villa Jaén, Antonio de la; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Las subestaciones eléctricas son un pilar fundamental en las plantas generadoras, y en particular, en el caso específico de las plantas solares fotovoltaicas, temática de este proyecto. De ellas depende que la energía que se genere en la planta llegue en óptimas condiciones a la red de transporte, pasando por el transformador de potencia, el cual será el equipo por excelencia de la instalación y elevará la tensión desde valores inferiores (20 kV), hasta una tensión donde se pueda conectar a la red de transporte. En este proyecto se abordarán cuáles serán los ajustes de las protecciones que fiscalizarán la subestación que da salida a la planta solar fotovoltaica “Don Rodrigo II”, también se tendrán en cuenta las protecciones de la línea que conecta la subestación con la red de transporte en la subestación “Don Rodrigo”, propiedad de Endesa, además de los ajustes para las protecciones de las líneas de media tensión que conectan la planta fotovoltaica con la subestación “Don Rodrigo II”. El proyecto contará con dos capítulos introductorios; el primero (Capítulo 3) expondrá cuales son las características principales de todos los equipos que componen el sistema, desde la planta fotovoltaica (transformadores, líneas de media tensión, inversores, etc.), la subestación eléctrica (transformador de potencia, interruptor, seccionador, celdas de media tensión, transformadores de intensidad y tensión para la medida, etc.), hasta la línea de alta tensión con las características de los conductores y las torres que los soportan; además de tener en cuenta las características de los transformadores de intensidad y tensión de la posición remota en la subestación “Don Rodrigo”. En el segundo capítulo introductorio (Capítulo 4), se especificarán cuáles son las funciones de protección que se utilizarán en cada una de las partes del sistema, por cada uno de los relés que se emplean, dando a conocer por qué es que se utilizan y las funcionalidades que cumplen cada una de ellas. Luego en un 5to capítulo se expondrán los cálculos fundamentales para poder ajustar las protecciones, como son los cálculos de cortocircuito tanto máximos como mínimos, polifásicos y monofásicos, que servirán para conocer cuáles son las peores condiciones en las que se puede ver el sistema y a partir de allí tratar de configurar las protecciones para hacerle frente a estas situaciones. Como parte final del desarrollo del proyecto y capítulo principal, en el capítulo 6 se ajustarán las funciones de protección desde los niveles más bajos de tensión hasta los más altos, a partir de criterios que permitan tener una instalación segura en todo momento y además que entre todas las funciones se vaya teniendo coordinación y selectividad.
Almacenamiento de energía en distribución eléctrica
(2017) Liranzo Paulino, Christopher de Jesús; Martínez Ramos, José Luis; Burgos Payán, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Las empresas distribuidoras se relacionan a diario con escenarios desfavorables en el suministro de energía, como son interrupciones de suministros, sobre cargas de transformadores y líneas eléctricas, incremento de la demanda en horas punta, donde el precio de la energía es elevado. Por estas razones en este trabajo se propone el almacenamiento en redes eléctricas de distribución. En primera instancia se describen los diferentes tipos de almacenamiento, se describen sus ventajas y desventajas, y la utilización del almacenamiento en las diferentes etapas de los sistemas eléctricos de potencia. Como eje principal de este trabajo, se evalúan las diferentes tecnologías de almacenamiento considerando diferentes criterios, para que posteriormente dependiendo al escenario que se enfrenten en las redes de distribución, sean incorporadas analizando siempre su rentabilidad. Se evalúa un sistema de almacenamiento desde varias perspectivas. En primer lugar, se analiza la rentabilidad de un sistema de almacenamiento de energía como empresa distribuidora, con el objetivo principal de recortar la punta de la demanda a lo largo del año, haciendo un ejercicio de carga y descarga diaria durante todo el año, con el fin de minimizar la compra de energía en períodos de alto coste. Los resultados obtenidos, muestran que el dimensionamiento óptimo de un sistema de almacenamiento está relacionado directamente con el coste de inversión. Del mismo modo se observa que el parámetro técnico que permite una mayor mejora desde el punto de vista de la reducción de coste para las empresas de distribución es el período de vida útil del sistema de almacenamiento de energía. Se analiza de igual manera el uso de un sistema de almacenamiento desde el punto de vista del consumidor, en donde se comparan varios clientes con diferentes niveles tarifarios, y se diagnostica la rentabilidad de diferentes sistemas de almacenamiento para la reducción de picos de demanda a lo largo del año. Es decir, se analizan los datos del año 2016, de cada cliente y se verifican las ventajas y desventajas, si en ese año cada cliente tuviera instalado un sistema de almacenamiento de energía. En donde, se proponen diferentes dimensionamientos de sistemas de almacenamiento de energía, para haciendo diferentes análisis se determina el tamaño óptimo que se debe usar en cada nivel tarifario, dependiendo del consumo, y el coste de inversión. Hay que destacar que para este estudio se analiza una red de distribución de la República Dominicana, en donde el sistema eléctrico tiene una complejidad técnico-económica, que 10 su profundidad provoca que las empresas de distribución operen su sistema realizando interrupciones programadas, que van desde 4 horas hasta 12 horas diarias, dependiendo de la clasificación del circuito. Debido a este motivo en este trabajo de fin de master también se analiza este caso. Se evalúa el funcionamiento óptimo de un sistema de almacenamiento de energía, en el caso de interrupciones programadas para un cliente, con un nivel tarifario en baja tensión. Se realiza una comparación de diferentes dimensionamientos del sistema de almacenamiento, comparándolo con otra alternativa como un generador eléctrico usando gasolina como combustible. Los resultados obtenidos muestran que para cubrir el 50% de la demanda de este cliente lo más rentable es utilizar un sistema un generador eléctrico usando gasolina como combustible, pero a medida que aumentamos la cobertura de la demanda por parte del almacenamiento u otra alternativa, lo ideal es utilizar un sistema de almacenamiento de energía. Otra alternativa que se consideró analizar, fue la de utilizar un sistema de almacenamiento con combinación con energías renovables como placas fotovoltaicas, pero los datos necesarios para realizar este análisis no fueron facilitados, por lo que se deja abierta la posibilidad de realizar este análisis y verificar su rentabilidad. En fin, lo que se busca es analizar la rentabilidad del almacenamiento en las redes de distribución desde el punto de vista de la empresa de distribución de energía eléctrica y de parte del cliente para proponer algunas políticas de pago para clientes que decidan incluir algún tipo de almacenamiento en su domicilio.
Análisis comparativo de algoritmos de flujos de cargas
(2019) Hernández Fuentes, Hugo Edgardo; Martínez Ramos, José Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
En este trabajo se desarrolla la comparativa de algoritmos de resolución de flujos de cargas, para lo cual se utilizará el algoritmo de Newton-Raphson, que ha sido muy estudiado a lo largo de los años comparándolo con un algoritmo más reciente llamado Búsqueda Alterna de Direcciones (ASD), para lo cual se describe cómo es el procedimiento de resolución de dicho algoritmo y los parámetros a considerar. Además se realizará una serie de pruebas en distintos tipos de redes tanto en sistemas de transporte como en sistemas de distribución con la finalidad de detectar en qué sistemas es más ventajoso ocupar dicho algoritmo y si es que mejora la velocidad de resolución de Newton-Raphson llegando con una precisión alta a la misma respuesta. Por otra parte también se plantea como objetivo el verificar si se obtiene soluciones satisfactorias en las redes malladas con una elevada relación R/X y con pocos nodos que controlen la tensión dentro del sistema evaluado. Por último, se explorará la ventaja que tiene la selección de un parámetro sobre otro dentro del algoritmo de Búsqueda Alterna de Direcciones con la finalidad de verificar si dicha selección mejora la convergencia ya sea en cantidad de iteraciones o en el tiempo de ejecución del algoritmo.
Análisis crítico del marco normativo de las energías renovables en Europa
(2020) Leal Sanchez, Alejandro; Martinez Ramos, J. L.; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
En el presente Trabajo Fin de Máster, se hace un repaso a la tecnología renovable en nuestro país y cómo hemos llegado hasta donde nos encontramos hoy. En el primer capítulo se hace una breve introducción donde se indica los niveles de energías renovables que tiene España en 2019 y con los que cuenta Europa. En el segundo capitulo se recorren los pasos que han dado estas tecnologías renovables (hidráulica, eólica y solar fotovoltaica) en España y Europa. En el tercer punto se hace un recorrido histórico por las diferentes leyes que han marcado el sistema renovable español, y las diferentes normativas que se han ido dictando desde Bruselas. En el cuarto capitulo se da un repaso más detallado a la situación actual de las renovables y el horizonte temporal que tienen tanto en España como en Europa. En el quinto capitulo se analizan algunos casos de éxito y fracaso de las energías renovables tanto en España como en Europa, haciendo especial hincapié en la solar fotovoltaica que ha sido la energía con más polémica en España. Por último en el quinto punto se dan unas breves conclusiones personales de cómo hemos llegado hoy en día a donde estamos y cómo deberíamos de haber actuado cuando el campo fotovoltaico colapsó.
Análisis de la producción eólica regional
(2015-10-15) Pérez Fernández-Espada, Carlos; Rosendo Macías, José Antonio; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Análisis de la viabilidad económica del desarrollo de la generación renovable en Ecuador
(2024) Guevara Arias, Ronnie Israel; Roldán Fernández, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Ecuador es un país con limitadas opciones de generación de energía, ya que la prioridad histórica ha sido la creación de centrales hidroeléctricas debido a la abundancia de ríos a lo largo de su superficie. Sin embargo, el cambio climático y la irregularidad en las lluvias hacen necesario un análisis sobre la conveniencia de añadir otras fuentes de generación eléctrica para reducir la dependencia de la hidráulica y a su vez conseguir una transición energética hacia un modelo más sostenible. Por ese motivo, este trabajo tiene como objetivo evaluar la viabilidad económica del desarrollo de la generación renovable en Ecuador. Para ello, se llevará a cabo una comparativa entre el actual modelo de generación eléctrica renovable, principalmente basado en energía hidráulica, y otros modelos como la integración de energía eólica y fotovoltaica. Se busca determinar si la implementación de estos modelos energéticos podría ofrecer ventajas económicas o de generación eléctrica significativas en comparación con el modelo actual. Para este análisis se va a comenzar por identificar los lugares más adecuados para implementar proyectos de generación renovable. En el caso de la energía fotovoltaica, se llevarán a cabo análisis de irradiación y temperatura en toda la geografía ecuatoriana con ayuda de “PVsyst”. En cuanto a la energía eólica, se utilizará el software “OpenWind” para determinar los lugares apropiados para la instalación de parques eólicos, empleando datos como latitud y velocidad del viento, entre otros. Para estudiar el comportamiento de dichas tecnologías en el país se realizarán simulaciones energéticas con ayuda de “EnergyPlan”. De esta manera, se obtendrá una estimación aproximada de la capacidad energética del territorio ecuatoriano en caso de implementar estas tecnologías.
Análisis de los métodos de predicción aplicados a los desvíos en el sistema eléctrico ibérico
(2018) Rodríguez Manzanares, Carlos; Riquelme Santos, Jesús Manuel; Roldán Fernández, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Actualmente, la estructuración de la generación-demanda en el Sistema Eléctrico Español se organiza mediante mecanismos de mercado. En estos mercados, acuden tanto consumidores como productores con el fin de realizar sus ofertas de compraventa de energía, creándose finalmente un compromiso de todos ellos de satisfacer los tratos realizados consumiendo o generando la energía pactada. Esto no sería posible de llevar a cabo sin un respaldo del operador del sistema, gestionando mecanismos de reserva y regulación para corregir los déficits o excesos que se creen derivados de la incertidumbre que existe al tratar con energías renovables como la fotovoltaica, la eólica o el comportamiento, no siempre predecible, de la demanda. Todo sujeto de mercado que no pueda asegurar satisfacer el acuerdo en su totalidad es candidato a recibir penalizaciones económicas. La realización del presente proyecto surge como continuación de un trabajo inicial titulado Análisis de los Desvíos en el Sistema Eléctrico Ibérico y sus Implicaciones Económicas y resultará útil tener cierto conocimiento de las conclusiones que en él se obtienen para un mejor seguimiento de este estudio. En dicho trabajo se utilizan datos reales de distintos parámetros del Sistema Eléctrico Español para llevar a cabo un estudio del volumen de energía desviada junto con sus pérdidas económicas asociadas. Se analiza qué sujetos de mercado intervienen en el problema y en qué medida lo hacen, se describen patrones y tendencias y se desarrollan estrategias con el fin de reducir dichos desvíos. Más allá del desarrollo de estrategias que ayuden a los ofertantes a ver disminuidas sus penalizaciones, lo que busca este estudio es el desarrollo de metodologías que ayuden a predecir el sentido de desvío del sistema con un día de antelación. Esto aportará información muy valiosa a aquellos sujetos de mercado afectados, posibilitándoles el modificar sus ofertas de la manera oportuna y hacer una mejor gestión de la energía producida o consumida.
Análisis de redes de baja tensión con generación distribuida usando GridLAB-D
(2019) García Santacruz, Carlos; Marano-Marcolini, Alejandro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Los recursos de generación distribuida están incrementando su presencia en las redes eléctricas, llevándolas a nuevos desafíos en lo que se refiere a la integración de energías renovables, sistemas de almacenamiento o vehículo eléctrico. Por este motivo, cobran especial importancia las distintas aplicaciones para el análisis de redes con estos recursos distribuidos. En este trabajo se analizará y describirá GridLAB-D, un programa open source para el análisis, que no requiere licencia y puede ser utilizado tanto por grandes empresas como por usuarios finales. Una vez analizado, se realizarán diversos estudios sobre lo mencionado anteriormente, la penetración de recursos distribuidos así como sus efectos con las herramientas proporcionadas por GridLAB-D. Por tanto, este trabajo tiene el doble objetivo de presentar un software para el análisis de redes eléctricas con recursos de energía distribuidos, y utilizarlo para realizar diversos análisis de estos recursos en una red propuesta. Para ello, este trabajo se estructurará mediante distintos capítulos, primero se introducirá GridLABD y sus funcionalidades, pasando a dedicar un capítulo íntegro a como programar en el software según lo que se desee simular. Una vez se tengan estos conceptos, en capítulos posteriores se describirá la red de ejemplo que se utilizará, así como herramientas para obtener datos meteorológicos y creación de perfiles de consumo que se puedan utilizar en la red. Cuando ya se tienen las nociones de programación, así como las herramientas de obtención de datos, se tienen los capítulos finales de simulaciones y conclusiones.
Análisis del déficit del sistema eléctrico español debido a la entrada en vigor de las nuevas tarifas eléctricas
(2022) Fernández Díaz-Granados, Natalia; Trigo García, Ángel Luis; Villa Jaén, Antonio de la; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
En este Trabajo Fin de Máster se detalla información sobre el nuevo régimen tarifario del sector eléctrico español que empezó a operar en junio de 2021. Así mismo analiza la influencia de las nuevas tarifas sobre los ingresos del sistema y por lo tanto provee las bases necesarias para determinar si al finalizar el ejercicio fiscal el sistema se encontrará en una situación deficitaria a nivel financiero. Haciendo un recorrido por los componentes de los costes e ingresos del sistema eléctrico, se analiza cómo históricamente se ha comportado el equilibrio entre ambos factores y las medidas implementadas en el pasado y en el presente para atajar el déficit. Se han planteado diferentes hipótesis sobre el comportamiento del sistema eléctrico y cómo en cada caso las nuevas tarifas afectarán los ingresos del sistema por concepto de ATR (Acceso de Terceros a la Red, peaje pagado por todos los usuarios del servicio de energía eléctrica por uso de la red de transporte y distribución). Los casos de estudio son: cambio en la curva de carga, es decir desplazamiento de consumo de energía a las horas donde es más barato el kWh, aumento del autoconsumo en los hogares, posicionamiento del vehículo eléctrico en la sociedad y combinación de las variables anteriores. Finalmente, se hace un repaso de la situación mediática que ocupa los titulares de prensa y las conversaciones cotidianas sobre los altos precios de la energía en los últimos meses, las principales causas de esta situación y en este contexto las medidas del gobierno para paliar estos altos costes a través del Fondo de Sostenibilidad del Sistema Eléctrico (FNSSE).
Análisis del mercado eléctrico español. El rol de la generación hidráulica y nuclear
(2022) Serrano Lasunción, Manuel; Martínez Ramos, José Luis; González Cagigal, Miguel Ángel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
El mercado eléctrico es foco de gran controversia hoy en día. Esto hace que resulte interesante analizar los detalles sobre el mismo, y las posibles maneras de optimizarlo. Comenzando por el funcionamiento de los distintos mercados eléctricos para ubicar el contexto del estudio, centraremos el foco en el mercado eléctrico ibérico, sus detalles y problemas. Es en este ámbito en el que se desarrolla el análisis de optimización técnica del mercado. Se buscarán soluciones técnicas a las subidas de precios causadas por, entre otros factores, el aumento de los precios de determinados combustibles fósiles, utilizando motores de cálculo, predicción y herramientas de programación. En primer lugar y como foco del trabajo se analiza la influencia de la generación hidráulica del país y su interacción con el mercado eléctrico. A partir de aquí se planteará la idea de optimizar el uso de la generación hidráulica, alterando su participación dentro del mercado eléctrico tanto en remuneración económica como en su forma de competencia. En este aspecto se analizan dos modelos de optimización del uso de la generación hidráulica basados en el análisis de datos facilitados por OMIE utilizando herramientas de cálculo y predicción de Python. Posteriormente se aborda el devenir nuclear del país, y los distintos escenarios que pueden vislumbrarse ante el cierre inminente de varias centrales nucleares en la Península Ibérica. Cómo puede afectar esto al mix de generación, y por tanto al cierre de mercado. En este caso se comparará la situación actual del mercado con una aproximación predictiva basada en modelos de consumo creados por ENTSO-E, el conjunto de operadores de red europeos. Esto permitirá adaptar el sistema actual español, cuyos datos son públicos y facilitados por OMIE, creando mercados futuros ficticios gracias a Python, para predecir las casaciones económicas en 2030 dadas las posibles variaciones en los escenarios de generación del país. Por último, se reflexionará sobre las diversas conclusiones a las que se han llegado a lo largo del trabajo, dejando libertad al lector para escoger cuál es el camino energético que más le ha convencido. En un asunto de tan difícil predicción no se pretende sentar cátedra, sino dar la posibilidad al lector de reflexionar sobre la realidad actual y posibilidades de desarrollo futuras del mercado eléctrico ibérico.
Análisis del RD 1048/2013: metodología para el cálculo de la retribución de la actividad de distribución de energía eléctrica
(2019) Delgado Mendoza, Juan; Riquelme Santos, Jesús Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
El objeto de este proyecto es la de familiarizarse con la metodología de cálculo de la retribución de las empresas distribuidoras y con los conceptos que aparecen en el real decreto 1048/2013. Para ello el trabajo está estructurado de la siguiente manera, en primer lugar, con una introducción a las metodologías de retribución anteriores a este real decreto, a continuación de la introducción, se desarrollarán los siguientes puntos: Retribución por inversión:  Base (Con Unidad física, sin unidad física)  Nuevas inversiones (Con Unidad física, sin unidad física) Retribución por Operación y mantenimiento (OyM):  Base (Con Unidad física, sin unidad física)  Nuevas inversiones (Con Unidad física, sin unidad física) Retribución por tarea regulada:  Retribución por tarea asociada a la contratación  Retribución por tarea asociada a la estructura  Retribución por la lectura  Retribución por tarea asociada a la planificación  Retribución por tarea asociada a la atención telefónica  Retribución por la tasa de ocupación de vía pública Incentivo:  Perdida en la red  Calidad suministro  Reducción de fraude Durante el desarrollo del mismo se verán ejemplos para analizar el efecto en la retribución de la puesta en servicio de algunas unidades físicas. Para finalizar veremos los principales conceptos retributivos de las empresas distribuidoras más importantes.
Análisis económico de hibridación de planta solar fotovoltaica y eólica
(2023) Robles Velotti, Rogelio Gabriel; Roldán, Juan Manuel; Burgos Payán, Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Las energías renovables son importantes porque nos ayudan a mitigar el cambio climático y a reducir el uso de combustibles fósiles, es por ello, que la generación a partir de energías renovables ha tomado un mayor protagonismo. Esto ha causado que nos enco ntremos con amplio desarrollo en todos los países alrededor del mundo, pudiéndose traducir a que estas son hoy en día tecnologías maduras. Sin embargo, dado su intermitencia poseen algunas limitaciones de estacionalidad, que pueden ser solventadas con el u so de instalaciones de generación híbrida. La hibridación de plantas de generación, no es más que la configuración que utiliza dos o más tipos distintos de generación de energía eléctrica en un mismo emplazamiento, donde estas compartes los activos para interconectarse a la red eléctrica. Se debe r esaltar que hasta unos años atrás este tipo de instalaciones no se contemplaban debido a que había poca instalación de renovables y no existían limitaciones técnicas en la conexión de estas instalaciones. El uso de este tipo de instalaciones eléctricas puede mejorar el factor de carga de la planta, haciendo que su generación sea más fiable además permite integrar más renovable con las instalaciones existentes salvando el problema actual de conseguir permiso s, capacidad adicional para conectarse a la red y disminuir costes en la construcción de las infraestructuras. Este Trabajo de Fin de Máster, tiene como objetivo principal evaluar la rentabilidad financiera de proyectos de hibridación de planta solar fotovoltaica y eólica, donde se buscará a partir de los indicadores económicos; como Valor Actual Neto, Tasa Interna de Retorno y Payback time, la cantidad de potencia optima que se podría instalar de solar fotovoltaica y eólica con la limitante de que solo se podrá inyectar a la red 50 MW. Se presentarán dos casos principales de análisis, el primero presenta una planta ya existente y se hibrida una vez ya la planta existente se encuentre amortizada y un segundo caso partiendo desde la premisa que se instale desde cero una nueva instalación h íbrida. Se debe mencionar que el segundo caso no es lo que se esperaría como lo más común, dado que una de las principales versatilidades de hibridar plantas es el beneficio que se obtiene para conseguir permisos y la capacidad adicional para conectarse al sistema. De este se podrán derivar un sin número de conclusiones. Se reflejará como al utilizar la hibridación de plantas se presentarán mayores ganancias para xii el inversionista. Además, se resalta, como la utilización de esta configuración aumenta el uso el inversionista. Además, se resalta, como la utilización de esta configuración aumenta el uso de los elementos de conexión a la red, visualizado el aumento de horas equivalentes de uso. de los elementos de conexión a la red, visualizado el aumento de horas equivalentes de uso. Por último, es muy importante señalar lo beneficiosa que es esta ya Por último, es muy importante señalar lo beneficiosa que es esta ya que nos permite conseguir que nos permite conseguir esa complementariedad entre distintos perfiles de generación.esa complementariedad entre distintos perfiles de generación.
Análisis global de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica
(2016) Endemaño Ventura, Lázaro; Burgos Payán, Manuel; Roldán Fernández, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
En los últimos años se ha producido un cambio radical en la visión de los sistemas eléctricos de potencia y en el modo en que estos se configuran y operan. En la actualidad hay redes con gran cantidad de generación distribuida, en las cuales, la concepción de grandes plantas de generación centralizada va quedando cada vez más obsoleta. En la mayoría de los países se instalan cada vez más plantas de generación de energías renovables para cubrir su demanda. Los sistemas de almacenamiento de energía son un eslabón fundamental en la integración de las fuentes de energías renovables a la red y ayudan en la operación de los sistemas eléctricos, ya que la intermitencia de los parques eólicos y las plantas fotovoltaicas repercuten negativamente en la operación de los mismos. Así pues, en el presente trabajo se realiza un estudio de las tecnologías empleadas en los sistemas de almacenamiento de energía. Además, se analizan los costos en los que se incurre con el uso de este tipo de tecnología. También, se efectúa una descripción de los servicios que prestan los sistemas de almacenamiento y sus beneficios. A su vez, se examina el estado actual de los sistemas de almacenamiento del mundo, enfocándose en los proyectos operacionales actuales, los que se instalarán en el futuro y los que actualmente están fuera de servicio. Por demás, el presente trabajo tiene dos objetivos principales. En primer lugar, se propone informar detalladamente acerca de los tipos de tecnologías de almacenamiento de energía que existen en el mercado actual, incluyendo en el mismo un profundo análisis de los servicios que cada una de ellas presta a las redes eléctricas. Por último, se realiza un estudio exhaustivo de los proyectos de almacenamiento de energía en funcionamiento en la actualidad, con un detallado énfasis en diferentes aspectos técnicos de los mismos.
Análisis técnico, regulatorio y económico de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica
(2020) González Sanz, Juan Ramón; Riquelme Santos, Jesús Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
En el presente documento se realiza un análisis técnico, regulatorio y económico de los sistemas de almacenamiento de energía. Desde el punto de visto técnico, se exponen las posibles aplicaciones de dichos sistemas de almacenamiento en los sistemas eléctricos de potencia. Igualmente se exponen las distintas tecnologías de almacenamiento que principalmente se utilizan en estos sistemas. Por otro lado, se analiza también la situación actual y evolución de los sistemas de almacenamiento en el mundo, así como las perspectivas y previsión de su desarrollo a corto y largo plazo en función de la región o país, aplicaciones y tecnología. En relación a los aspectos regulatorios de los sistemas de almacenamiento, se estudia la regulación específica existente en la Unión Europea y en Estados Unidos, centrándonos particularmente en Alemania y en el Reino Unido, así como en los estados de California y Nueva York. Desde el punto de vista económico, se analiza la evolución de los costes y del rendimiento de los sistemas de almacenamiento, así como la previsión de futuro estimada de los mismos según distintos estudios. Se expone también la metodología desarrollada en el informe Electricity Storage Valuation Framework (ESVF), publicado por la International Renewable Energy Agengy (IRENA), y en el que se dan unas pautas para evaluar el valor de los sistemas de almacenamiento y asegurar la viabilidad de los proyectos. Igualmente se realizan estudios de rentabilidad de hipotéticos proyectos implantados en los países o regiones analizadas en el capítulo de análisis regulatorio, con objeto de evaluar las diferencias entre los mismos. Para ello se utiliza la herramienta Grid Storage Revenue Model GridStore 2.1.0, un modelo de despacho desarrollado por BloomberNEF.
Análisis, estimación y evaluación de pérdidas de producción en una planta fotovoltaica de 50 MW
(2023) Caldera Sudano, Luis Alejandro; González Cagigal, Miguel Ángel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Este trabajo final de máster se centra en la presentación de los elementos físicos tangibles e intangibles que componen una planta fotovoltaica de 50 MW, haciendo un mayor énfasis en el estudio de los factores que influyen en la generación de energía eléctrica a partir de esta, afectando consecuentemente la tasa de rendimiento o PR. El objetivo principal es analizar las pérdidas de producción de energía eléctrica en esta planta de 50 MW y verificar si las diferencias entre la energía producida en 2022 y la esperada tienen sentido en función de las desviaciones en las pérdidas esperadas. Se identificaron con detalle los factores que afectan al rendimiento óptimo de la instalación, acotando este estudio al impacto ocasionado por la suciedad, temperatura y diferencias en los niveles de irradiación solar. La afección de estos sobre la producción se obtuvo para diferentes escalas de tiempo, por lo que fue posible estimar en base a datos reales, las pérdidas totales ocasionadas por los factores objeto de estudio, llevando a cabo posteriormente un análisis comparativo con las pérdidas estimadas por los estudios de ingeniería previos a la construcción de la planta. Adicionalmente, se consideraron las pérdidas debidas al mantenimiento preventivo y correctivo, que a menudo no se incluyen explícitamente en los estudios de ingeniería, pero que también influyen en el rendimiento y la cantidad de energía generada. Los métodos utilizados implicaron la obtención de datos reales a partir de sensores disponibles en la instalación fotovoltaica y a través del SCADA. Posteriormente, se llevó a cabo un procesamiento de estos datos para adaptarlos a las horas de producción de la planta y aumentar la fiabilidad del estudio. Se utilizaron ecuaciones proporcionadas por los fabricantes de los distintos sensores para estimar las pérdidas, comparándolas posteriormente con los valores obtenidos en los estudios de ingeniería previamente mencionados. Finalmente, se verificó la coherencia de los resultados obtenidos. Las conclusiones principales de este estudio revelan que existen factores que afectan el funcionamiento óptimo de la planta en una medida mayor con respecto a la esperada. Se demostró que, en situaciones en las que se depende de variables meteorológicas independientes, no es posible predecir con alta precisión y exactitud las pérdidas de producción. Por otra parte, se obtuvo que el tratamiento de datos reales y la consideración de las actividades de mantenimiento preventivo y correctivo son esenciales para mejorar la fiabilidad de las estimaciones. La diferencia total entre la producción real y la esperada puede ser significativa y equivalente a la producción de varios meses en función de la estación del año. En última instancia, esta investigación concluye que no es realista esperar que los valores reales de producción y pérdidas durante la fase de operación de una planta fotovoltaica sean idénticos o con desviación nula con respecto a los valores esperados en estudios previos, lo cual debe ser tenido en cuenta en el momento de proyectar la planificación de un proyecto fotovoltaico.
Aplicación de técnicas de Inteligencia Artificial para definir una metodología de predicción de carga en transformadores MT/BT no observables
(2022) Carmona Pardo, Rubén; Villa Jaén, Antonio de la; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
En este Trabajo Fin de Máster (TFM) se presenta el desarrollo de una metodología de predicción de curvas de potencia en transformadores MT/BT instalados en las redes de distribución eléctrica y para los que no existe ningún equipo de medida ni sensor instalado en él o en el Centro de Transformación donde se aloje, es decir, transformadores no observables. En primer lugar, se hace una breve introducción sobre las redes de distribución eléctrica, los transformadores de potencia MT/BT y una revisión del estado del arte de las diferentes técnicas de predicción de potencia o carga relacionadas con transformadores MT/BT. Posteriormente se describe el caso de uso principal del TFM y el entorno del Smartcity Málaga Living Lab cuyos datos se han utilizado. Asimismo se detalla en profundidad todos los datos que se han considerado. En segundo lugar, se introducen los conceptos básicos de Inteligencia Artificial (IA), y se describen con detalle los modelos evaluados en este TFM así como otras técnicas de analítica de datos y Machine Learning que se han utilizado. A continuación se presentan los resultados obtenidos en las dos pruebas realizadas, una con el conjunto de datos original y otra con datos procesados con clustering. Todos los resultados de estas pruebas se han evaluado tanto gráfica como numéricamente utilizando las métricas MAE (del inglés Mean Average Error) y MSE (del inglés Mean Squared Error). Finalmente, se comparan los resultados obtenidos con los que se obtendrían con otros procedimientos más deterministas. Además, se aplica esta misma metodología en la predicción de potencia a futuro y se presentan los resultados.
Aplicaciones de los sistemas de acumulación de energía eléctrica para centrales de generación hidráulicas
(2016) Gallego Martín, José Antonio; Marano-Marcolini, Alejandro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
El presente trabajo surge en respuesta a la necesidad de aumentar la competitividad y la eficiencia de las centrales hidráulicas en un contexto en el que la producción distribuida será una realidad en breve. Las centrales de generación hidráulica apenas han evolucionado en décadas, por ello es necesario que estas incorporen las últimas tecnologías en sistemas de almacenamiento eléctrico, para dotarles de mayor flexibilidad y adaptación a las nuevas normas de un mercado cada vez más competitivo que está en continua transformación. El estudio se realiza a las centrales hidroeléctricas ya que estas, a diferencias de las grandes centrales térmicas, parece que tendrán un papel primordial en el futuro junto con el resto de tecnologías de origen renovable, su tecnología no ha sufrido un gran desarrollo debido al marco más o menos estable. Dentro de la generación hidráulica se analizaran aquellos sistemas de acumulación eléctrica de aplicación a las centrales de bombeo, y a las centrales eléctricas fluyentes, que a diferencia de la anterior, no tienen capacidad de almacenamiento de la energía y su funcionamiento es dependiente del caudal del cauce donde se instalen. Estas centrales generan electricidad independientemente de precio del mercado, para aumentar los ingresos de estas instalaciones en el presente trabajo se va a estudiar los distintos sistemas de acumulación de energía eléctrica que permitirán desplazar y revertir a la red eléctrica la energía almacenada solo en las horas puntas. También mediante los sistemas de acumulación se podrá dotar o ampliar los sistemas que permitan prestar los servicios complementarios de regulación de frecuencia, secundaria y terciaria, que son de gran importancia en los ingresos de las centrales. Finalmente se realizaran varios estudios económicos a los sistemas propuestos.
Cálculo con elementos finitos de la impedancia armónica en cables tripolares submarinos
(2022) García Rivera, Ángel; Cruz-Romero, Pedro Luis; Del-Pino-López, Juan Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
El objetivo principal de este trabajo de fin de máster es abordar un tema actual y emergente, como es el cálculo de impedancia armónica o rango armónico propio de cables submarinos de alta tensión en corriente alterna, debido al creciente interés que este tema ha despertado en los últimos años. Actualmente, se emplean mucho para conectar parques eólicos marinos (off-shore) a la red de distribución más cercana en tierra (on-shore), o para interconexiones eléctricas a través de líneas submarinas, especialmente para conectar islas con continentes que se encuentren relativamente cerca geográficamente, las cuales implementan este tipo de soluciones para mejorar la fiabilidad y calidad del suministro eléctrico dentro de las mismas. El mismo principio puede ser aplicado para interconexiones entre países, separados por una masa de agua, bien sean mares, u océanos. Puesto que una solución aérea de transmisión de potencia en este tipo de escenarios no es viable debido al coste de ejecución y mantenimiento de la misma, cada vez se recurre más a una transmisión subacuática de potencia, pudiendo ser esta potencia transmitida en corriente continua (HVDC) o en corriente alterna (HVAC). El trabajo se orientará en una dirección en la que, mediante el uso de COMSOL, un software que trabaja con herramientas de elementos finitos, se tratará igualar o mejorar los resultados publicados hasta la fecha, con la mínima carga computacional. De esta forma, este trabajo estudiará y comparará desde los métodos clásicos de cálculo de impedancia mediante el tedioso empleo de las funciones de Bessel, como ya hizo Pollaczek [22], hasta métodos más modernos con la utilización del mencionado software COMSOL, el cual ofrece a día de hoy mucha rapidez de cálculo, a la vez que exactitud, pero no se suele usar mucho para estudios de frecuencia debido a los tiempos computacionales. La motivación para esto es simple y directa: de manera clásica, cuando se trata de calcular impedancia en cables, se solía tratar el problema como un escenario en dos dimensiones, es decir, una serie de circunferencias concéntricas que van sufriendo efectos no deseados como el pelicular y proximidad, y los cuales se ven afectados directamente por las corrientes parásitas desatadas por el campo magnético alrededor de un conductor cargado con una corriente alterna. Este escenario es una aproximación válida, pero no es excesivamente precisa, ya que no contempla varios efectos que tienen lugar en el cable, situándonos en un escenario más realista. Este primer escenario llega a mejorar cuando se comienza a hablar de escenarios 2.5D, es decir, el mismo problema en 2D, pero con el añadido de considerar que en la armadura externa del cable no se induce corriente neta debido al trenzado simétrico del cable y al both-ends bonding (puesta a tierra de armadura y pantallas al principio y final del trayecto del cable). Esto mejora en algunas situaciones el cálculo e incluso lo aproxima para un rango de frecuencias determinado a la respuesta en 3D, pero para otros rangos no es muy acertado. Aun así, una mejora notable, la cual requiere más tiempo computacional que en 2D, pero mucho menos que en 3D. Finalmente, se plantean los escenarios en 3D, en los que se tiene en cuenta todo lo anterior, además del trenzado de armadura y fases y longitud de paso de las mismas y, con ello, se puede contemplar el efecto del campo magnético a lo largo de cada elemento conductor del cable, y no solo desde los conductores hacia fuera del cable. También habría que destacar que el enfoque del modelo 3D usado con COMSOL es un desarrollo propio del profesor y doctor Juan Carlos del Pino López de la Universidad de Sevilla, cuyos positivos resultados se muestran en [8] La motivación principal para este cálculo de impedancia armónica es muy relevante en estos escenarios de exportación offshore dada la alta capacitancia de los cables, que facilitan la aparición de sobretensiones indeseadas o resonancias en ciertas frecuencias. Para poder evaluar apropiadamente estas situaciones, la información del modelo de cable tienes que ser altamente fiable, detallada y precisa para llevar a cabo estudios sobre el dominio de la frecuencia o del tiempo [18]. Por lo tanto, una vez estudiada la teoría, se pasará a presentar dicho software y después se ensayarán tres cables ya conocidos en la bibliografía relacionada con este tipo de estudios. Se compararán los resultados con los diferentes métodos y se terminará con unas conclusiones sobre el trayecto del trabajo de fin de máster, cerrando el mismo.
Cálculo de cortocircuitos en redes con generación distribuida
(2020) Cruz López, Elisandro; Marano-Marcolini, Alejandro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Eléctrica
Las energías renovables tienen la clave de la generación eléctrica en un futuro inmediato, debido a que proviene de fuentes naturales inagotables y no suponen contaminación para el medio ambiente. Esto implica que la inyección dentro de los sistemas eléctricos tenga que ser estudiada para conocer los posibles fenómenos que puedan causar y poder tener la infraestructura sistema eléctrico preparada. Este documento se centrará en el estudio de las corrientes de cortocircuito en las redes eléctricas. Se hará una comparación entre redes de alta tensión con generación convencional y las mismas redes con la inyección de la energía renovable. Esta comparación se hará a través de dos herramientas de cálculo en la que sus bases teóricas provienen de la norma UNE-EN IEC 60909-0:2016, norma que rige los cálculos de las corrientes de cortocircuito.

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Examinando Máster en Sistemas de Energía Eléctrica por Título