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Desafíos de la Electromovilidad: Smart grid y...

Date post: 02-Jan-2020
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School of Engineering Electronic Engineering Department University of Seville 41092 Seville (Spain) Dr. Jose I. Leon [email protected] Desafíos de la Electromovilidad: Smart grid y gestión de la demanda para el escalamiento de la electromovilidad
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School of EngineeringElectronic Engineering Department

University of Seville41092 Seville (Spain)

Dr. Jose I. [email protected]

Desafíos de la Electromovilidad:

Smart grid y gestión de la demanda para el escalamiento de la electromovilidad

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¿Cómo conseguirlo?

Búsqueda continua de la eficiencia/productividadBúsqueda continua de la eficiencia/productividad

Seguridad y estabilidadSeguridad y estabilidad

Mejora de las condiciones de vida generalesMejora de las condiciones de vida generales

Condiciones ambientales mínimas garantizadasCondiciones ambientales mínimas garantizadas

Introducción

El estilo de vida del siglo XXIEl estilo de vida del siglo XXI

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• Sistemas altamente eficientes comparados con los sistemas tradicionales

• Sistemas más fiables y con tolerancia a fallos• Sistemas más económicos y accesibles al

100% de la población• Sistemas menos contaminantes

Hacia el futuro

Introducción

EvoluciónEvolución

Solución: Sistemas eléctricos inteligentes y no contaminantes

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Introducción

Sistemas eléctricos inteligentes y no contaminantes

Sistemas eléctricos inteligentes y no contaminantes

Electromovilidad

Vehículo eléctrico (Moto, Auto, Bus)Vehículo eléctrico (Moto, Auto, Bus)

Mercancías (Camión, Tren, Barco)Mercancías (Camión, Tren, Barco)

Gestión y Transporte de EnergíaGestión y Transporte de Energía

Esquema de Generación EléctricaEsquema de Generación Eléctrica

Almacenamiento de EnergíaAlmacenamiento de Energía

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Tecnologías Información & Comunicación

Sensores & Control

• Electrical Machines • Energy Storage• Power Electronics • Renewable Energy • Smart Grid• Transportation Electrification

Sectores prioritariosSectores prioritarios

Energía

Temas multidisciplinares

• Estandarización

• Educación y concienciación social

• Medio ambiente (reciclaje)

• Factores humanos en desarrollo– Desarrollo social– Equilibrio económico– Privacidad

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Sensores & Control

• Control, Robotics & Mechatronics • Data Driven Control and Monitoring• MEMS & Nanotechnologies• Motion Control • Network-based Control Systems and

Applications • Sensors and Actuators

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TecnologíasInformación & Comunicación

Sensores & Control

Sectores prioritariosSectores prioritarios

Energía

Temas multidisciplinares

• Estandarización

• Educación y concienciación social

• Medio ambiente (reciclaje)

• Factores humanos en desarrollo– Desarrollo social– Equilibrio económico– Privacidad

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Tecnologías de Información & Comunicación

• Building Automation, Control, and Management

• Cloud and Wireless Systems for Industrial Applications

• Factory Automation • Industrial Agents • Industrial Cyber-Physical Systems• Industrial Informatics

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Tecnologías Información & Comunicación

Sensores & Control

Technical Areas (23 Technical Committees)

Energía

Sectores prioritariosSectores prioritarios

Temas multidisciplinares

• Estandarización

• Educación y concienciación social

• Medio ambiente (reciclaje)

• Factores humanos en desarrollo– Desarrollo social– Equilibrio económico– Privacidad

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Energías Renovables

Power Grid

Transporte

Energy Storage

Principales TemáticasPrincipales Temáticas

Sector de la Energía

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Transporte: Electromovilidad

Requerimientos

•Menor consumo de combustibles fósiles

•Alta eficiencia y fiabilidad

Objetivos

•Reducción de costes

•Aumento de autonomía

•Contaminación cero

Desafíos

•Impacto en la red eléctrica

•Ansiedad ante la recarga

•Mejora de las infraestructuras de recarga

•Cambio de enfoque del usuario, concienciación social

•Posibilidad de tensiones políticas y sociales

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lidad El auto eléctrico: una apuesta seguraEl auto eléctrico: una apuesta segura

Transporte: Electromovilidad

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Transporte: Electromovilidad

• La evolución del auto eléctrico en los últimos años se debe a:

– Reducción del precio del propio EV (incluyendo un posible alquiler de batería)

– Incremento de la autonomía (≈ 400 km)

– Incremento de la infraestructura de recarga y reducción de tiempo de recarga

• La estación de recarga puede estar a bordo del vehículo (carga lenta) o bien en un punto de recarga dedicado (carga rápida)

Esquema general de una estación de carga rápida

Vehículo eléctrico: Estaciones de RecargaVehículo eléctrico: Estaciones de Recarga

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lidad Vehículo eléctrico: Estaciones de RecargaVehículo eléctrico: Estaciones de Recarga

Transporte: Electromovilidad

Necesidad: Se requiere un esfuerzo de estandarización de niveles, tipos y modos de carga

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lidad Problemas en la integración masiva de EVProblemas en la integración masiva de EV

Transporte: Electromovilidad

¿Cómo superar estos problemas?

Enorme aumento de consumo energético

Cambio en el perfil de consumo diario

Enormes cambios en las infraestructuras

Sobrecarga de la red eléctrica existente

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Fuentes de Energía RenovableFuentes de Energía Renovable

La Red Eléctrica actual y del futuro

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Source: IEA, World Energy Outlook 2016

Increase of worldwide demand (Half low-carbon, mostly renewable energies)

Fuentes de Energía RenovableFuentes de Energía Renovable

La Red Eléctrica actual y del futuro

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• Definición de Smart Grid:“A smart or intelligent grid is basically the advanced electric power grid of tomorrow using state-of-the-art technologies in power systems, power electronics, computers, communications, information, artificial intelligence, cyber, etc., that will improve system availability, reliability, power quality, energy efficiency, and security with optimum resource utilization and economical electricity to the consumers.”

Prof. Bimal K. Bose, Proceedings of the IEEE Nov. 2017

Redes inteligentes (Smart Grids)Redes inteligentes (Smart Grids)

La Red Eléctrica actual y del futuro

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Fuente: Grupo de trabajo FLEXILWATTS sobre flexibilidad de la demanda

Gestión de la demandaGestión de la demanda

La Red Eléctrica actual y del futuro

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Fuente: www.ree.es/sites/all/SimuladorVE/simulador.php

Gestión de la demandaGestión de la demanda

La Red Eléctrica actual y del futuro

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Fuente: www.ree.es, cantidades en MW

Red mallada e interconectadaRed mallada e interconectada

La Red Eléctrica actual y del futuro

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Bidirectional high voltage converter for a High-Voltage DC connectionGRIDS 2025

DC

AC

DC

AC

DC

AC

Sa

Sa

_

Ph

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SP

ha

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S

Ph

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TP

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CBA

Vdc

Positive DC cable

Negative DC cable

Power cellPower cell

DC

AC

DC

AC

DC

AC

Red mallada e interconectadaRed mallada e interconectada

La Red Eléctrica actual y del futuro

HVDC Link es asíncrono

Control PQ bidireccional

Más económico para largas distancias

Potencia independiente de la distancia

Más Capacidad de transmisión

Menor impacto medioambiental

Tolerancia a fallos en redes AC

Aumenta mallado e interconexión

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lidad Necesidad de sistemas de almacenamientoNecesidad de sistemas de almacenamiento

La Red Eléctrica actual y del futuro

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Output power variation (%/min)

Solar smoothing

HESS es capaz de reducir posibles oscilaciones de potencia producida a un décimo comparado con un sistema sin ESS

Price arbitrage &Load following

HESS se carga cuando la energía es barata o con baja demanda, y se descarga cuando la energía es más cara o cuando la demanda de energía es muy alta

Output power profile (kW)

Peak shaving

HESS permite peak shavinguna vez alcanzado un límite de potencia de salida predefinido con el objeto de reducir el stress de la subestación y así abaratar su coste

Necesidad de sistemas de almacenamientoNecesidad de sistemas de almacenamiento

La Red Eléctrica actual y del futuro

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Transporte: Electromovilidad

Sector ferroviario: uso de flywheelsSector ferroviario: uso de flywheels

Proyecto SA2VE: Integración de un ESS y suconvertidor de potencia asociado en aplicacionesferroviarias en puntos de línea débil

Diseño, desarrollo y fabricación de unconvertidor DC/AC-AC/DC de 250kW.

Diseño y desarrollo de un algoritmo demejora de estabilidad de catenaria para unvolante de inercia.

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Transporte: Electromovilidad

Sector del metro: uso de supercapsSector del metro: uso de supercaps

• Energy storage usando supercapacitores(on board & Substations)

• Frenado regenerativo para aplicaciones de metro

Project Program Leader

SA2VE

EDCLSC

EDCL SC

PP

P

PP

P

P

Source: www.sa2ve.es

UC model : BCAP3000, 3000F/2.7V Number of units: 185 Total Stored Energy: 421Wh. Voltage: 250Vdc-500Vdc Maximum Continuous Current: 200A

TTGG EE

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lidad Trenes, Metros, TranvíasTrenes, Metros, Tranvías

Transporte: Electromovilidad

25kV, 50Hz / 15kV, 16.7Hz / 3kV, DC

AC

DC

AC

DC

DC

AC

DC

AC

Bogie 1 Bogie 2

El Sistema de potencia a bordopuede incluir:

— Sistemas auxiliares del tren

— Uso de sistemas de almacenamiento

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Transporte: Electromovilidad

Concepto Vehicle to Grid (V2G)Concepto Vehicle to Grid (V2G)

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Project Program Leader

FERROLINERA 3.0

Transporte: Electromovilidad

Ejemplo V2G: Recarga en estación ferroviariaEjemplo V2G: Recarga en estación ferroviaria

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lidad Aplicación aeroespacial: MEAAplicación aeroespacial: MEA

Transporte: Electromovilidad

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lidad Problemas aún por solventarProblemas aún por solventar

Retos: electromovilidad y red eléctrica inteligente

¿Cómo superar estos problemas?

Enorme aumento de información a gestionar

Cambio en el concepto de consumidor energético

Problemas sociales a nivel mundial

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lidad

Siglo XXI: Revolución EnergéticaSiglo XXI: Revolución Energética

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School of EngineeringElectronic Engineering Department

University of Seville41092 Seville (Spain)

Dr. Jose I. [email protected]

Desafíos de la Electromovilidad:

Smart grid y gestión de la demanda para el escalamiento de la electromovilidad


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