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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ovi
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
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
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Positive DC cable
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DC
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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
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Transporte: Electromovilidad
Vector H2: Vehículos impulsados por H2Vector H2: Vehículos impulsados por H2Project Program Leader
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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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Siglo XXI: Revolución EnergéticaSiglo XXI: Revolución Energética
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