Optimización de recursos para una mayor integración de energías renovables y aumento de calidad de suministro mediante almacenamiento energético en sistemas eléctricos aislados

Resum

En esta Tesis se trata el problema de estabilidad de frecuencia que sufren en mayor o menor medida los sistemas eléctricos aislados (en concreto los casos de las islas de La Palma y Lanzarote-Fuerteventura), para ello se estudia el problema, y se propone una solución a través de una emulación de inercia basada en la instalación de un equipo de almacenamiento energético. Esto ha conllevado la evaluación de las tecnologías de almacenamiento disponibles en el mercado, llegando a la conclusión que la mejor opción técnica y económicamente era la tecnología del volante de inercia. Hay que tener en cuenta que las islas Canarias son sistemas eléctricos pequeños y aislados y que por lo tanto no cuentan con suficiente inercia en comparación con otros sistemas eléctricos continentales. Sin embargo se detectó que el principal inconveniente de la tecnología de volantes de inercia es su limitada capacidad de almacenamiento energético. Es por ello que se investigó una estrategia de control diferente a la propuesta por los fabricantes de los volantes de inercia, demostrando que la utilización de una estrategia de control basada en el uso de derivadas fraccionarias, repercute en una mejor optimización de la respuesta del equipo de almacenamiento energético, mejorando los recursos disponibles frente a la utilización de otro tipo de estrategias de control basadas en control PID clásico (control utilizado por el fabricante). La búsqueda de la optimización de los recursos del volante de inercia conllevó realizar simulaciones con diferentes estrategias de control, observándose que el control basado en derivadas fraccionarias registró la mejor adaptación a los elementos que intervienen en el estudio dado que se presentan fuertes no linealidades (grupos de generación térmica que presentan saturaciones y limitaciones en su comportamiento), con la complejidad que ello conlleva para obtener una estrategia de control adecuada. Para la tecnología de almacenamiento de Volante de Inercia, se observa que al mejorar la optimización de su respuesta se consigue un mínimo de equipos de almacenamiento para una mayor integración de energías renovables, además de un aumento de la calidad de suministro para situaciones motivadas por disminución temporal de inercia en un sistema eléctrico aislado. Una vez comenzadas las simulaciones para determinar la mejor opción de respuesta para el Volante de Inercia (comportamiento en escalón, derivada de frecuencia, todo-nada, etc.), observamos que necesitábamos un comportamiento basado en la derivada de frecuencia, para evitar oscilaciones bruscas en la frecuencia del sistema eléctrico. Viendo que el coste económico de 1 MW de almacenamiento de Volante de Inercia asciende a cifras muy elevadas, por lo tanto se buscó una estrategia de control que consiguiera no malgastar la energía almacenada en el Volante de Inercia para minimizar el gasto económico de la instalación de estos equipos. La conclusión que se obtuvo fue que la utilización de la estrategia de control basada en derivadas fraccionarias conseguía solventar la incidencia a la que tenía que atender el Volante de Inercia, utilizando menos energía que en otras técnicas de control y por lo tanto minimizando el coste de la instalación. Dicha solución fue enviada a la empresa ABB Corporation (fabricante del equipo del Volante de Inercia en este proyecto) para su conocimiento.