SMART GRIDS: INTEGRACIÓN

DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO Y SIMULACIÓN DEL IMPACTO DE LA RECARGA EN UN SISTEMA DE MEDIA TENSIÓN

Autor: Jorge Antón Ortuño Trabajo Fin de Grado Titulado Director: Manuel Vicente Gascó González

1. INTRODUCCIÓN

Cada vez más, en los hogares se tiende a la electrificación de la mayoría de las cosas que se utilizan, lo que más recientemente también incluye a los vehículos. Además, desde los diferentes gobiernos y organismos tanto a nivel nacional como internacional, se está promoviendo la proliferación de vehículos con algún tipo de electrificación en detrimento de los de combustión.

La realización de este trabajo vino motivada a partir de una duda planteada entonces: ¿Pueden las redes actuales sostener la futura demanda de energía que se prevé una vez todos dispongan de un vehículo eléctrico y necesiten recargarlo en casa?

Es evidente que en redes más antiguas esta carga no estaba prevista, e incluso con los coeficientes de mayoración podrían existir problemas en las mismas si la integración de estos vehículos se produjera totalmente sin antes realizar una actualización de estas.

Para ello se realizó una simulación de un sistema real de media tensión mediante el programa de simulación y análisis de redes DIGSilent PowerFactory, al objeto de estudiar si la red actual es capaz de asumir la penetración del vehículo eléctrico.

2. ESTADO DEL ARTE

- SMART GRIDS

Según define Red Eléctrica de España, “es aquella que puede integrar de forma eficiente el comportamiento y las acciones de todos los usuarios conectados a ella, de tal forma que se asegure un sistema energético sostenible y eficiente, con bajas pérdidas y altos niveles de calidad y seguridad del suministro”. Si bien otras fuentes dan definiciones diferentes, todas hacen referencia a los mismos conceptos clave: la Smart Grid es un sistema bidireccional de comunicación entre operador y cliente, capaz de adaptarse a los cambios imprevistos de la demanda, busca asegurar la calidad, seguridad y fiabilidad del suministro, permite la correcta integración de las energías renovables y permite una gestión digital del sistema. Actualmente siguen en desarrollo.

- VEHÍCULO ELÉCTRICO

La penetración del vehículo eléctrico supone una desvinculación de los combustibles fósiles y un incremento de la demanda eléctrica en los hogares, por lo general en horarios nocturnos, propiciado por tarifas beneficiosas para los propietarios de este tipo de vehículos por parte de las compañías eléctricas.

Los vehículos eléctricos no solo dependen de un incremento en el consumo de energía, si no que además es habitual que carguen a potencias relativamente elevadas para los hogares. A nivel local en las redes este es el principal problema, si serán capaces de soportar la potencia instantánea demandada.

En relación con las Smart Grids, se han planteado soluciones como el V2G o “Vehicle to Grid” (Vehículo a la red), que implica que en momentos puntuales los usuarios de los vehículos puedan vender la energía almacenada en los mismos.

3. MODELADO DEL SISTEMA

Para el estudio de como la penetración del vehículo eléctrico podría afectar a la red, se realizó el modelado de un sistema real, correspondiente a la red de distribución de 20 kV del sector PAU 3 de Alicante. De forma resumida, este sistema está constituido de la siguiente forma:

• 3 anillos subterráneos.

• 6 centros de transformación por anillo, para un total de 18 centros.

• 800 kVA por CT (2 transformadores de 400 kVA).

• 2 centros de reparto.

A continuación, se listan los parámetros modelados para los diferentes elementos del sistema:

MODELADO DE LA LÍNEA

• HEPR-Z1 12/20 kV 3x 1x240 mm2 Al.

• Caída de Tensión < 5%.

• Intensidad asignada: 345 A.

• Resistencia del conductor a 20 oC: 0,125 Ω/km.

• Reactancia inductiva: 0,102 Ω/km.

• Capacidad: 0,435 µF/km.

MODELADO DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

• 2x 400 kVA.

• Tensión primario/secundario: 20/0,42 kV.

• Grupo de conexión: Dyn11.

• Tensión de cortocircuito: 4%.

• Pérdidas Po/Pk: 430/4600 W.

MODELADO DE LAS CARGAS

• Cargas residenciales y terciarias.

- Previsión de cargas residenciales y terciarias en cada CT.

- Totalidad de la carga por CT conectada en el lado de BT.

- Cargas ponderadas por un perfil horario a lo largo de 24h.

Al igual que el sistema eléctrico que se ha modelado, ha sido necesario modelar las cargas asociadas a los vehículos eléctricos. Para ello se ha realizado una aproximación con un vehículo modelo, a partir de los datos de vehículos híbridos y eléctricos más vendidos. Se han tomado los datos de autonomía de los diferentes modelos, sus consumos, la potencia media a la que cargan, el estado de carga (SOC) con el que se conectaría cada vehículos a la red (y por tanto durante cuanto tiempo estaría cargando cada vehículo).

MODELADO DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO

• Capacidad: 34,81 kWh.

• Autonomía: 237,60 km.

• Consumo: 14,65 kWh/100 km.

• 2300 vehículos.

• 40 km/día de media.

• Vehículos repartidos en 15 CT’s.

4. SIMULACIÓN Y RESULTADOS

Para el estudio de la penetración del vehículo a partir de los sistemas modelados, se plantearon 5 casos diferenciados:

CASO 0:

SIMULACIÓN SIN VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

• Comportamiento normal del sistema, servirá de base para comparar el impacto de los Vehículos Eléctricos en los otros casos.

• Se produce un máximo de demanda eléctrica en el sistema a las 20:00 h, con un consumo de 9,867 MW. El CT-08 presenta un uso del 90,83%.