Convocatoria: EMPLEA 2016.
Nombre: Sistema de gestión de energía.
Duración: 36 meses.
Descripción: En este proyecto se analizará, desarrollará y evaluará un dispositivo inteligente para la gestión de la energía eléctrica (SGE) para viviendas y entornos residenciales de tal manera que su control y monitorización esté completamente integrado con la red eléctrica. La misión principal del SGE es permitir al consumidor de energía eléctrica que asuma una participación activa como ente de un sistema eléctrico a través de un lazo de comunicación bidireccional que posibilite la toma de decisiones. Así el usuario informará sobre sus patrones de consumo para que la distribuidora conozca lo que se produce y se almacena en tiempo real pudiendo el usuario vender o usar la energía según convenga. Esto provocará que el usuario modifique su conducta como consumidor de energía eléctrica en el hogar, produciendo un aumento de la eficiencia, una mejora de la factura y una reducción de emisiones contaminantes al medio ambiente, a la vez que va a mejorar la estabilidad de la red eléctrica compensando potencia reactiva, actuando ante eventos y reduciendo la distorsión armónica. Además, la red optimiza su regulación pues dispondrá de los flujos energéticos de todos sus clientes.
El dispositivo SGE gestionará los flujos de energía entre la red de distribución en baja tensión, las fuentes de energía renovable (principalmente solar fotovoltaica), la energía almacenada (baterías de distintas tecnologías) y las cargas existentes en una vivienda. Esta gestión es llevada a cabo por dispositivos de electrónica de potencia incluidos en el SGE (convertidores DC/DC, DC/AC y AC/DC) y por un sistema de comunicaciones estándar entre el dispositivo SGE, servidores remotos, y dispositivos móviles de usuario (Smartphone, Tablet y PC). El SGE analizado y desarrollado en este proyecto contará con algoritmos inteligentes para obtener las potencias de referencia de cada dispositivo de electrónica de potencia, basándose tales algoritmos en el reconocimiento de patrones de consumo y a través de técnicas de monitorización no intrusiva junto con técnicas de desagregación de cargas para poder analizarlas de manera individual y actuar mediante un control automático sobre cada una de las cargas existentes en una vivienda. Además, el SGE contará con algoritmos propios de ayuda a la red como control de potencia activa y reactiva, reducción del impacto de eventos como huecos y mejorando la calidad de suministro que se pondrán en marcha siempre que la red lo demande.
El SGE con estas funciones, se convertirá en un elemento de gran importancia en las redes de distribución de baja tensión, desarrollando el concepto de Smart Grid, el cual es aceptado como la evolución de la red eléctrica actual a la existente en el futuro.
Objetivos:
- Determinar el sistema de almacenamiento de energía más apropiado para un dispositivo (ácido-plomo, níquel-cadmio (Ni-Cd), níquel-metal hidruro (Ni-MH), supercondensadores, etc.), según sus las características de autonomía, tiempos de carga y descarga, integrabilidad con fuentes renovables, capacidad y coste, para la aplicación concreta de la gestión y optimización del consumo eléctrico en viviendas.
- Introducir una fuente de energía renovable fotovoltaica como mejora de la autonomía de la vivienda y realizar la gestión combinada con el sistema de almacenamiento, lo cual implica entre otras cosas un seguimiento del punto de potencia de referencia, no solo el máximo.
- Desarrollo del prototipo embebido con estudios tridimensionales del conjunto, elección de componentes, diseño de placas de circuito impreso, todo con su correspondiente testeo para disponer de una herramienta fiable para las pruebas a realizar en las siguientes etapas.
- Reconocer patrones de consumo en viviendas para dimensionar de una manera ajustada los dispositivos y que ellos mismos puedan tomarlos como datos de partida para ejecutar las acciones de control y aumentar la eficiencia de los consumos eléctricos.
- Desarrollar algoritmos inteligentes para la obtención de las consignas (referencias) de potencia que emplearán los convertidores de potencia incluidos en el dispositivo de gestión para gestionar los flujos de potencia entre fuentes-dispositivos de almacenamiento-cargas.
- Enviar datos de forma temporal (cada segundo, minuto, hora, día y semana) de los consumos hacia mediante el protocolo de comunicación IEC61850 para Smart Grids a través de Internet, accediéndose además a los datos recogidos con un dispositivo móvil de usuario (smartphone, tablet o PC).
- Desagregar la información obtenida de la medida de potencia tomada de manera agregada (todas las cargas en su conjunto), para poder analizar a nivel de carga individual el consumo y poder optimizar la gestión de la energía.
- Realizar pruebas de campo en una instalación real (vivienda) para validar la correcta operación del dispositivo de gestión bajo algunas condiciones para las que ha sido diseñado.