Modelado y diseño de sistema de almacenamiento de energía por medio de la gravedad usando un PMSM
José Fidel Serrato Ceballos
Rodrigo Loera Palomo
Francisco Sergio Sellschopp Sánchez
Carlos Alvares Macias
Volumen:
1
DOI:
Edición:
11
Resumen
El presente trabajo describe el desarrollo del modelo dinámico de un sistema mecánico-eléctrico de almacenamiento de energía por medio de la gravedad. El sistema de almacenamiento se basa en una masa suspendida, un tambor, un sistema de transmisión y una máquina síncrona de imanes permanentes (PMSM); en el cual, al levantar la masa se almacena energía potencial, mientras que la liberación de la masa suspendida permite la recuperación de energía, convirtiéndose en energía eléctrica por medio de una máquina eléctrica. A través del modelado y análisis del sistema mecánico, se dará una guía de diseño para determinar los parámetros de la masa suspendida, radio del tambor y la relación del sistema de transmisión; los cuales se basan en las especificaciones nominales de operación de la máquina eléctrica. La extracción controlada de la energía cuando la masa suspendida desciende requiere de la conexión de un rectificador controlado en terminales de la máquina eléctrica, así como esquemas de control apropiados; debido al enfoque del trabajo, se establecerán funciones de voltaje que sustituyen la operación del rectificador controlado, asegurando una operación adecuada del esquema de almacenamiento. Los resultados de simulación se realizan en el entorno de Matlab/Simulink®, con los cuales se demuestra que con los valores de diseño para el sistema mecánico y las funciones de voltaje hacen que la máquina eléctrica funcione en sus condiciones nominales en la condición
de descarga, permitiendo entregar una potencia de 741 kW por un tiempo de 8 horas.
Palabras clave
Almacenamiento de energía, Almacenamiento por gravedad, Generación renovable, PMSM.
Referencias Bibliográficas
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Botha, C. D., & Kamper, M. J. (2019). Capability study of dry gravity energy storage. Journal of Energy Storage, 23, 159-174. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.03.015
Barelli, L., Bidini, G., Ciupageanu, D. A., & Pelosi, D. (2021). Integrating Hybrid Energy Storage System on a Wind Generator to enhance grid safety and stability: A Levelized Cost of Electricity analysis. Journal of Energy Storage, 34, 102050. 10.1016/j.est.2020.102050
Cummins®. (s.f). RE: Tipos y métodos de minería https://www.cummins.com/es/engines/mining/types-of-mining
Gravitricity. (s.f). RE: Tehcnology https://gravitricity.com/technology/#gravistore
Krause, P. C., Sudhoff, S. D. y Wasynczuk, O. (2002). Analysis of Electric Machinery and Drive Systems. IEEE PRESS.
Li, J., Tian, L., & Lai, X. (2015). Outlook of electrical energy storage technologies under energy internet background. Automation of Electric Power Systems, 39(23), 15-25. 10.7500/AEPS20150906004
Mugyema, M., Rabadia, M. M., Botha, C. D., Kamper, M. J., & Wang, R. J. (2022, January). Design and control of a linear electric machine based gravity energy storage system. 2022 30th Southern African Universities Power Engineering Conference (SAUPEC), 1-8. 10.1109/SAUPEC55179.2022.9730745
O'Neill, S. (2022). Weights-Based Gravity Energy Storage Looks to Scale Up. Engineering, 14, 3-6. 10.1016/j.eng.2022.05.007
Rufer, A. (2020). Design and Control of a KE (Kinetic Energy) - Compensated Gravitational Energy Storage System. 2020 22nd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'20 ECCE Europe), 1-11. 10.23919/EPE20ECCEEurope43536.2020.9215714
Tong, W., Lu, Z., Sun, J., Zhao, G., Han, M., & Xu, J. (2022). Solid gravity energy storage technology: Classification and comparison. Energy Reports, 8, 926-934. 10.1016/j.egyr.2022.10.286
Vegte, J. (1994). Feedback Control Systems. Prentice Hall.
Wang, G., Zhang, G., Xu, D. (2020). Position Sensorless Control Techniques for Permanent Magnet Synchronous Machine. SPRINGER.
Wu, B. y Yaramasu, V. (2017). Model predictive control of wind energy conversion systems. IEEE PRESS.
Wu, X., Li, N., Wang, X., Kuang, Y., Zhao, W., Qian, T., ... & Hu, J. (2020). Day-ahead scheduling of a gravity energy storage system considering the uncertainty. IEEE Transactions on sustainable energy, 12(2), 1020-1031. 10.1109/TSTE.2020.3030815
Yu, C., Wang, Z., Zhao, W., Han, B., Xu, M., & Liu, Z. (2022). Research on Double Closed-Loop Control Method of Wind Power Gravity Energy Storage System. In 2022 5th International Conference on Power and Energy Applications (ICPEA), 704- 708. 10.1109/ICPEA56363.2022.10052486