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Fuente: Energía & Negocios

Columna de Acad. Ing. Oscar Ferreño

En los últimos dos años la República Argentina ha vivido una profunda transformación energética. Uno de los exponentes más notorios de esta transformación es la incorporación de Energías Renovables No Convencionales, fundamentalmente eólica y solar. Esta transformación, que es naturalmente lenta pero sin pausa, se ha dado hasta el momento manteniendo los parámetros tradicionales en cuanto a tamaño y ubicación de las centrales de generación. Es decir, se construyen centrales de varias decenas o centenas de MW, tanto solares como eólicos, ubicados en los sitios de mejor recurso.

Recientemente se aprobó una ley sobre Generación Distribuida que apunta básicamente a la microgeneración (generadores del órden de algunos kW), entendiéndose en este caso como “distribuida” porque la energía se genera en el propio consumidor, o una zona aledaña al mismo.

Sin embargo, expondremos a continuación una solución intermedia que consiste en centrales de generación de algunos MW ubicadas en las cercanías de los Centros de Consumo, como  son las poblaciones del interior del país.

Se ha comentado que una de las barreras más importantes para la generación con energías renovables, en particular con la energía eólica, es la saturación de las líneas de trasmisión.

Sin embargo, se puede sacar provecho de que los parques eólicos o solares en forma independiente, más allá de su tamaño, se componen siempre por unidades de relativamente poca potencia (algunos MW), ya que los aerogeneradores tienden a oscilar entre 2 ó 4 MW de potencia.

Esta característica hace que los beneficios de construir parques de gran escala no sean tan importantes. Debido a esto es posible que el costo por MW instalado de un parque de 10 o menos, no varíe demasiado al de un parque de 100 MW o más.

Cuando queremos conectar a un sistema de trasmisión un parque de 15 o menos MW, lo podemos hacer directamente en las redes de distribución. En cambio, un parque de 100 MW tiene que conectarse a redes de trasmisión, por lo que es necesario instalar subestaciones elevadoras de tensión dado que las unidades de generación eólica suelen generar a 30 kV o menos.

La energía producida por parques eólicos o solares conectados en redes de distribución, se consumirá seguramente en centros de consumo también conectados a esa red de distribución. Por lo que en este caso se está evitando que esa energía tenga que transitar las redes de trasmisión.

Por otro lado, las líneas de distribución alejadas de los centros de generación suelen sufrir problemas de control de tensión, de estabilidad y de respaldo de potencia. Tal es el caso que, muchas veces, los sistemas deben recurrir a centrales de generación térmica para resolver estos problemas.

Los aerogeneradores modernos, al igual que las centrales de generación fotovoltaica, tienen capacidad para resolver estos problemas de tensión y de estabilidad de las redes de distribución. Por lo tanto, la instalación de parques eólicos de pequeño porte o plantas solares cercanqs a los centros de consumo es una solución que tiende a resolver los problemas de la distribución, y a su vez evita los problemas de saturación de líneas de trasmisión.

Más aún, cuando se trata de líneas de distribución aéreas cercanas a los parques eólicos, resulta que estas líneas son capaces de trasmitir más potencia que las de su diseño teórico. Esto se da porque el limite de trasporte de energía de una línea aérea está determinado por su límite térmico, en forma independiente de la cantidad de potencia que esté transportando.

Resulta que cuando los parques eólicos están produciendo energía es porque hay suficiente viento, y este mismo viento es el que refrigera las líneas aéreas. Es de destacar que cuando el viento hace que el parque eólico a su potencia nominal, la capacidad teórica de trasmisión de una línea aérea se duplica.

Una ciudad de 35.000 habitantes consume anualmente la misma energía que produce un parque eólico de 30 MW. Habrá momentos en que el parque producirá el doble que lo que consume esa ciudad, y momentos en que no se producirá nada. Pero si consideramos que este está en la cercanía de una ciudad, habrá momentos en que el parque alimentará a la ciudad, y otros en que estará inyectando energía al sistema de trasmisión. Debe tenerse en cuenta que las estaciones transformadoras entre los 33 kV de la distribución y los 132 kV de la trasmisión son bidireccionales, por lo que cuando el parque está trabajando a plena potencia la estación estará elevando una potencia similar a la que baja cuando el parque no trabaja.

Por otro lado, debemos tener presente que el viento se desplaza en forma de ondas. De igual forma el desplazamiento natural del sol, o las nubes que lo pueden cubrir, se realizan de forma lenta. Por lo tanto las variaciones entre distintos parques que estén distribuidos geográficamente estarán muy atenuadas.

Uno podría concebir la generación distribuida como la construcción de pequeños parques eólicos o solares, dependiendo del recurso del lugar, contiguos a las poblaciones del interior. Para retratarlo en números, hablamos de la instalación de parques eólicos a razón de no más de 8 MW cada 10.000 habitantes.

Bajo este esquema se estaría eludiendo los potenciales problemas de saturación de las líneas de transmisión que ocurrirían si se colocaran parques eólicos o solares exclusivamente en los lugares donde el recurso fuera idóneo.

Además de la Zona Sur del país, donde se reconoce la existencia de un recurso eólico excelente, existen vastas regiones de provincias como La Pampa, el norte de Buenos Aires, Santa Fé, Córdoba, San Luis o La Rioja que poseen suficiente recurso. Por ello es posible instalar parques eólicos con factores de capacidad que superan el 45%, y con precios de generación por debajo de los USD 55.

Estos precios resultan muy competitivos si se toma como referencia la generación tradicional. Además, debe tenerse en cuenta que estamos hablando de precios ubicados en los distintos nodos de trasmisión.

El razonamiento realizado para los parques eólicos, es similar al caso de la tecnología solar teniendo en cuenta que una ciudad de 10.000 habitantes consume anualmente la energía que produce un parque solar de unos 20 MW.

En la mayor parte del territorio argentino existe una complementariedad diaria entre la energía eólica y la solar. Es decir, las horas de menor producción eólica coinciden con las de mayor producción solar.

Por ello se podría concluir que sería conveniente construir un parque eólico y otra solar en las cercanías de cada población o ciudad del país.

Ventus tiene experiencia comprobada en la construcción, y operación & mantenimiento de más de 20 centrales de generación eólicas y solares de menos de 10 MW, que fueron construidas a costos de inversión por kW instalado menores que plantas de 50 ó 70 MW.

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Source: Energía & Negocios

By Acad. Ing. Oscar Ferreño

Over the past two years, Argentina has undergone a profound energetic transformation. One of the milestones of this transformation is the incorporation of Non-Conventional Renewable Energies, mainly wind and solar ones. This transformation, which is naturally slow but with no pauses, so far has taken place with industry-standard project size and location parameters. This means wind and solar plants of tens and hundreds of MW are built, placed where best renewable resources are.

Recently, a law regarding distributed generation was passed which aims to promote microgeneration (generators of some kW). By “distributed” we mean the energy is generated by the consumer itself, or in a near area.

Nevertheless, here in this article we will show an intermediate solution that consists of the generation of Wind or Solar farms near main Consumption Centres. As an example: for the population in the countryside.

It is widely known that the most important obstacle for generating renewable energies, particularly wind energy, is the saturation of transmission lines.

However, the wind and solar renewable energy has one big advantage: relatively low size of each unit installed (MW). Wind turbines tend to vary between 2 MW or 4 MW output; solar power is modular and is based on 260-340W modules.

This characteristic turns apparent disadvantages of building large scale wind or solar farms irrelevant. Given certain circumstances, it is possible that the cost of each MW installed in a 10MW renewable farm does not vary that much from a cost in a 100MW plant.

When we want to connect a transmission system to a farm of 15 or less MW, we can do it directly in distribution lines. Instead, a 100 MW wind farm has to be connected to transmission lines, so it is necessary to install bigger substations as wind generation units usually generate 30 kV or less.

Energy produced by solar or wind farms connected in distribution networks will certainly be consumed in the nearby consumption centres, also connected to this distribution network. In this case energy wouldn’t have to go through transmission networks.

On the other hand, distribution lines that are away from power plants tend to suffer from problems in voltage control, stability and power backup. In these cases, more often than not, thermal power plants are necessary to solve the problems.

Modern wind turbines, as well as photovoltaic power plants, have the capacity to solve these voltage and stability problems in distribution centres. Therefore, the installation of small wind farms or solar plants near consumption centres is a solution that tends to solve distribution problems and while avoiding congestion problems in transmission lines.

Overhead distribution lines near wind farms are capable of transmitting more power than the ones of its theoretical design. This occurs because the limit to transport energy from an air line is determined by its thermal limit, independently from the amount of power being transported.

When wind farms are producing energy it’s because there is enough wind, and this wind refrigerates air lines. When the wind makes the wind farm its nominal power, the theoretical transmission capacity of an air line is doubled.

A city of 35.000 inhabitants consumes annually the same amount of energy produced in a 30MW wind farm. There will be times in which the farm will produce the double of what’s consumed by the city, and moments in which nothing will be produced. But if we take into account that this is near a city, there will be times in which the farm will feed the city and others in which it will be infusing energy from the transmission system. One must take into account that transformer stations between 33 kV of distribution and 132 kV of transmission are bidirectional and, for this reason, when the farm is working at full power, the station will be raising to a similar power to which it powers down when the park isn’t working.

Furthermore, we must remember that the wind moves in the form of a wave. Likewise, the sun’s natural shift, or the clouds that can cover it, is performed slowly. So, variations between different parks geographically distributed will be very weak.

We may define distributed generation as the construction of small wind or solar farms, depending of the place’s resource, related to populations of inland regions. To put it in numbers, we are talking about the installation of wind farms of no more than 8 MW every 10.000 inhabitants.

In this scenario, we would be avoiding potential saturation problems in transmission lines that would occur if they were placed in wind or solar farms exclusively in places where the resource is ideal.

Regardless the south of the country, where it is known that there is an excellent wind resource, there are vast regions in provinces like La Pampa, the north of Buenos Aires, Santa Fé, Córdoba, San Luis or La Rioja that have enough resources. Because of this, it is possible to install wind farms with capacity factors over the 45%, and with generation prices below USD 55.

These prices are very competitive if we compare them with traditional generation. Besides, is importante to take into account that we are talking about prices placed in different transmission nodes.

This reasoning for the installation of wind farms is similar with solar technology, taking into account that a city of 10.000 inhabitants consumes annually the energy produced by a 20 MW solar farm.

In most of the Argentinean territory there is a daily complementarity between wind and solar energy. This means, hours of lower wind output coincide with the ones of higher solar output.

That is why we may conclude that it would be convenient to build a wind farm and a solar farm in the vicinity of each population or city in the country.

Ventus has proven experience in the building, operation & maintenance of more than 20 wind and solar power plants of less than 10 MW, which were built at investment costs per kW installed, with lower prices than plants of 50 or 70.

 

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