Integración de sistemas de almacenamiento de energía asociados a parques eólicos

Abstract

En este proyecto se va a estudiar la viabilidad técnica y económica de incorporar un Sistema de Almacenamiento de Energía (SAE) a la salida de un parque eólico. Se pretende avanzar en el camino de las energías renovables, con el fin último de sustituir poco a poco la generación convencional, que tiene su base en los combustibles fósiles, por una generación más eficiente, limpia y distribuida. El gran problema que presenta la energía eólica, así como todas las renovables, es la alta variabilidad del recurso, es decir, la dificultad de garantizar una cierta energía en un cierto instante de tiempo para cubrir los requerimientos de la red en ese momento. Esto es debido a su carácter intrínsecamente cambiante. Los sistemas de almacenamiento de energía pueden contribuir a eliminar esa incertidumbre a la hora de predecir el comportamiento del recurso renovable y, por tanto, la generación de energía asociado al mismo. Para lograr esto, son capaces de almacenar la energía generada y usarla cuando más convenga. En base a esto, el presente trabajo se centrará en estudiar la gestión del parque eólico trabajando en conjunto con un SAE. Se intentará establecer un ajuste óptimo del conjunto formado por la planta eólica y el almacenamiento para obtener los máximos beneficios anuales y, de esta forma, rentabilizar lo más rápidamente posible la inversión que supondría incluir un sistema de almacenamiento en una planta renovable. Para ello, se tendrá que discutir la elección de un parque eólico que se ajuste a los requerimientos de potencia mínima que se establezcan. También, se estudiará una ubicación favorable para que el rendimiento del parque sea el adecuado, así como la disponibilidad de terreno anexo para instalar el SAE en caso de que su colocación resulte viable, entre otras características. Posteriormente, se tendrá que establecer un modelo matemático de cierta precisión para reproducir las características del parque eólico con el menor error posible y obtener así la producción con el máximo detalle. Paralelo a ello, se elegirá el SAE acorde con la potencia del parque y se estudiarán distintos modelos que cumplan los requisitos, escogiendo el más adecuado. Para finalizar, se trasladará el modelo matemático al software GAMS, especializado en optimización de funciones. Con él, se simulará el modelo y finalmente se obtendrá si realmente es viable implantar el SAE escogido o, en su defecto, qué SAE se debería implantar para maximizar el beneficio.

In this project, the technical and economic feasibility of adding an Energy Storage System (ESS) into a wind farm will be studied. The aim is to advance in the path of renewable energies, with the ultimate goal of gradually replacing conventional generation, which is based on fossil fuels, by a more efficient, cleaner and more distributed generation. The main problem presented by wind energy, as well as all renewable energies, is the high variability of the resource, that is, the difficulty of guaranteeing a certain energy in a certain moment of time to cover the requirements of the network at that moment. This is due to its intrinsically changing character. Energy storage systems can help to eliminate this uncertainty when predicting the behavior of the renewable resource and, therefore, the generation of energy associated with it. To achieve this, they are able to store the generated energy and use it when it is most convenient. Based on this, the present work will focus on studying wind farm management working in conjunction with an ESS. An attempt will be made to establish an optimum adjustment of the set formed by the wind power plant and the storage to obtain the maximum annual benefits and, in this way, to make the investment that would include a storage system in a renewable plant as quickly as possible. To do this, it will be discussed the choice of a wind farm that meets the minimum power requirements. Also, it will be studied a favorable location so that the performance of the farm is adequate, as well as having an available terrain to install the ESS in case its placement is viable, among other characteristics. Subsequently, it will had to establish an accurate mathematical model to reproduce the characteristics of the wind farm with the least possible error and obtain the production with the maximum detail. Parallel to this, the ESS will be chosen in according to the power of the farm and different models that meet the requirements will be studied, choosing the most appropriate one. Finally, the mathematical model will be transferred to the GAMS software, specialized in optimizing functions. With this, the model will be simulated and finally it will be reached if it is really feasible to implement the chosen ESS or, failing that, which ESS should be implanted to maximize the benefit.