Taller energías oceánicas - Actividad 5

1. Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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RED DE EXPERTOS EN ENERGÍA
TALLER
“ENERGÍAS OCEÁNICAS: APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DEL OLEAJE”
MODERADOR: MARCOS LAFOZ PASTOR
COLABORACIÓN: LUIS GARCÍA-TABARÉS RODRÍGUEZ Y MARCOS BLANCO AGUADO
ACTIVIDAD 5:
INTEGRACIÓN EN RED DE LAS
ENERGÍAS OCEÁNICAS

2. Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
2
Objetivos
El objetivo de esta actividad del taller de energías oceánicas es explicar las
características particulares que tiene la conexión a la red eléctrica de los sistemas
de generación oceánica.
Se estudiarán también los principales problemas que presenta la inyección en la
red de potencias oscilatorias, así como las soluciones más importantes para
resolverlos. Se prestará especial interés a la solución basada en sistemas de
almacenamiento de energía.
Siga la presentación y responda al cuestionario al final de la misma.
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Langlee Wave Power Plant in Tenerife Island (Spain)

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Aprovechamiento energético del oleaje
310MW project at WaveHub in Cornwall (UK)
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
La conexión a red de sistemas de generación oceánica comparte sus características
cuando se habla de eólica off-shore, energía del oleaje y energía de mareas o
corrientes. En todos los casos la conexión a la red de alta tensión se produce a través
de los siguientes elementos:
Elementos constituyentes de la conexión a red
1. Power take-off (PTO). Formado
por el generador eléctrico y la
electrónica de potencia
2. Cable submarino en continua o
en alterna hasta centro de
transformación submarino (en los
casos de una granja)
3. Centro de transformación
submarino, donde se pasa a una
tensión más elevada 400/45000
4. Cable submarino a tierra
5. Centro de transformación
6. Línea de transmisión aérea

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Aprovechamiento energético del oleaje
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5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
La conexión de los dispositivos a la red terrestre se suele hacer mediante cables de
potencia submarinos. Se puede compartir la infraestructura de transporte de potencia con
la eólica off-shore.
Source:ABB
Elementos constituyentes de la conexión a red

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Aprovechamiento energético del oleaje
5Source: ABB
Source: EnBW Substation in Baltic Sea
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Elementos constituyentes de la conexión a red
Las subestaciones submarinas son otro elemento
tecnológicamente complejo y específico de las
aplicaciones de energías oceánicas.
De la mano de la eólica offshore y las plataformas
petrolíferas se han desarrollado mucho.
Source: ABB

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Aprovechamiento energético del oleaje
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Los principales problemas que pueden ocasionar en una red eléctrica los sistemas de
potencia oscilatoria son los siguientes:
1. Oscilaciones de frecuencia, producida por una diferencia
de potencia generada y consumida, cuando la inercia del
sistema no es importante.
2. Fluctuaciones de tensión, producidas por las caídas de
tensión en ciertas líneas de transmisión
3. Flicker, que es un efecto de variación en la tensión en el
entorno de los 10Hz que se detecta en las lámparas
incandescentes y produce fatiga ocular.
4. Contenidos armónicos, que pueden producir mal
funcionamiento de equipos y calentamientos adicionales
Standard EN 50160
Consulte la siguiente normativa si quiere conocer más sobre los límites de frecuencia y
tensión establecidos para una red eléctrica. Pulse en el siguiente link.
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Problemas de la conexión a red de renovables oceánicas

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Aprovechamiento energético del oleaje
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PowerP
_
Time
Es muy importante tener la consideración de que la potencia media obtenida de un
captador de energía de las olas es mucho menor que las potencia de pico que es
necesario transformar, debido a la propia naturaleza del recurso.
Esto, en redes débiles es un problema y exige muchas veces compensar estos picos y
oscilaciones para evitar inestabilidades en la red.
Potencia media
Potencia
instantánea
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Problemas de la conexión a red de renovables oceánicas
En energía del oleaje es muy habitual tener potencias inyectadas muy oscilatorias que
pueden dar lugar a todos los problemas expuestos anteriormente, por lo que deben ser
estudiados cuidadosamente.

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Aprovechamiento energético del oleaje
9380 9385 9390 9395 9400 9405 9410 9415 9420 9425 9430
0
2
4
6
8
10
12
x 10
5
tiempo (s)
Potencia(W)
Disposición óptima
Disposición no-optima
8
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados
por la generación de renovables oceánicas
Entre las distintas posibilidades para compensar las oscilaciones de potencia están:
1. La disposición adecuada de los dispositivos captadores de energía del oleaje.
Por desgracia, el oleaje es irregular y esto
sólo se produce en una componente. No
obstante, eligiendo una disposición
adecuada, aunque no de forma definitiva,
se pueden reducir bastante los efectos de
la oscilación de potencia, como se puede
ver en la figura de la derecha.
Si consideramos que la potencia generada por un WEC (wave
energy converter) tiene una oscilación igual a la longitud de
onda del oleaje, colocando 3 WECs a 1/3 de dicha longitud
de onda la oscilación se podría compensar.

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Aprovechamiento energético del oleaje
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-3
-2
-1
0
1
x 10
5
tiempo (s)
Potencia(W)
PELECTRICA
PMECANICA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
500
1000
1500
2000
tiempo (s)
tensión(V)
Udc
Control Mixto
Control en Tensión Cosntante
Control Directo de Potencia
Control Mixto
Control en Tensión Cosntante
Control Directo de Potencia
PMECANICA
9
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados
por la generación de renovables oceánicas
Entre las distintas posibilidades para compensar las oscilaciones de potencia están:
2. La actuación sobre el control de los disposición captadores de energía del oleaje
Normalmente la estrategia de control del generador va encaminado a obtener la
máxima cantidad de energía del recurso. Sin embargo, en casos de redes débiles este
objetivo puede no ser prioritario, siendo más importante minimizar las oscilaciones
de potencia en la red. Por ejemplo, se puede hacer aprovechando la energía cinética
de los cuerpos flotantes o la capacidad de los condensadores de la etapa de continua
de convertidores electrónicos de potencia que conectan el generador con la red,
permitiendo una cierta variación en la tensión de los mismos.

10. Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
10
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados
por la generación de renovables oceánicas
Entre las distintas posibilidades para compensar las oscilaciones de potencia están:
3. Mediante dispositivos adicionales de almacenamiento de energía
Power
electronics
Energy flow
(generation)
Energy flow
(charge/discharge)
Energy flow
(generation)
Supercapacitors
Se ha considerado la
opción de almacenar en
supercondensadores
por la baja energía
necesaria, alta potencia
y elevado número de
ciclos requerido Para más info…

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Aprovechamiento energético del oleaje
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El esquema general de actuación para compensar las oscilaciones sería el presentado en el esquema.
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados
por la generación de renovables oceánicas
3. Mediante dispositivos adicionales de almacenamiento de energía
Aportar con los
supercondensadores
la diferencia entre el
valor medio de
potencia deseada en la
red y la que llega desde
el WEC.
Misión del
almacenamiento

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Aprovechamiento energético del oleaje
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Un segundo bucle de control se encarga de compensar la carga o descarga
neta del sistema de almacenamiento debido a pérdidas o desajustes globales.
Se denomina SoC compensator.
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados
por la generación de renovables oceánicas
3. Mediante dispositivos adicionales de almacenamiento de energía
El bucle de control que da la consiga con la cantidad de potencia que debe dar en
cada momento el almacenamiento se genera como la diferencia entre el valor
instantáneo entregado por el WEC y una media móvil calculada a partir del
histórico de potencias.

13. Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
96
98
100
102
(e)
Voltage[Vdc]
SoC compensator
DC-link voltage DC-link rated voltage
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-20
0
20
40
(f)
ESScurrent[Adc]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
53
54
55
(g)
ESSvoltage[Vdc]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-1
0
1
2
3
Time [s]
(h)
Power[kW]
WEC / WF ESS Grid
Supercapacitors
voltage
Supercapacitors
current
DC-link voltage
Power balance
A modo de ejemplo se presentan
los resultados de la implantación
de un sistema de almacenamiento
basado en supercondensadores
para reducir la oscilación de
potencia inyectada en la red,
utilizando el método de control
descrito anteriormente.
En esta gráfica final se ve
cómo la potencia oscilatoria
verde del WEC se convierte
en una potencia estable en la
red (naranja) gracias a la
potencia intercambiada con
el almacenamiento (rosa)
5. Integración en la red eléctrica de las energías oceánicas.
3. Mediante dispositivos adicionales de almacenamiento de energía
Soluciones a los problemas de la oscilación de potencia originados
por la generación de renovables oceánicas

14. Taller Virtual: Energías Oceánicas.
Aprovechamiento energético del oleaje
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Cuestionario Actividad 5:
Responda ahora a la siguiente cuestión sobre la actividad 5.
5.1. Realice el siguiente ejercicio.
Suponga que dispone de un captador de energía de
las olas que produce una potencia con una expresión:
Calcule la cantidad de energía que debería almacenar
y la potencia máxima de su dispositivo si quiere
compensar totalmente las oscilaciones permitiendo
que su sistema inyecte a la red una potencia
constante de 60kW.
𝑃 = 120𝑠𝑖𝑛2
(𝑤𝑡) [kW]