19 Oct 2017

SIMULAN MOVIMIENTO DE ENJAMBRES PARA OPTIMIZAR GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

[caption id="attachment_2829" align="alignleft" width="702"] Cinvestav Ranking webEl Cinvestav se encuentra como la institución mexicana mejor posicionada, y como la sexta a nivel latinoamericano.[/caption] Investigador del Cinvestav Unidad Guadalajara aplica algoritmo de optimización para definir el tamaño

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El Cinvestav se encuentra como la institución mexicana mejor posicionada, y como la sexta a nivel latinoamericano.

Investigador del Cinvestav Unidad Guadalajara aplica algoritmo de optimización para definir el tamaño adecuado de un generador híbrido eólico-fotovoltaico para zonas rurales del país

La apuesta por desarrollar fuentes alternativas de energía que puedan remplazar a los combustibles fósiles aún enfrenta serias limitantes, como los altos costos de los equipos generadores, que aumentan a medida que se escala su tamaño.

Ante ello, científicos del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Guadalajara liderados por Juan Manuel Ramírez Arredondo, aplicaron un algoritmo de optimización para determinar cuál es el tamaño más adecuado que debe tener un generador híbrido (que funciona con celdas solares y una turbina de viento) antes de construirlo.

Con dicha herramienta matemática, Juan Manuel Ramírez, adscrito al área de Sistemas Eléctricos de Potencia en dicha unidad del Cinvestav pudo establecer una configuración óptima para el generador tomando en cuenta aspectos como su costo anual de operación o las probabilidades de fallos en el suministro de energía eléctrica.

El algoritmo aplicado para este desarrollo se denomina Optimización por Enjambre de Partículas (Particle Swarm Optimization, PSO), el cual comprende una serie de métodos que evocan el movimiento de enjambres en la naturaleza -sean aves, abejas o partículas- para analizar problemas y encontrar las mejores soluciones conforme a un conjunto de reglas matemáticas.

Este modelo resulta eficiente porque al buscar polen, las abejas se dirigen a zonas con mayor densidad de flores, donde es más probable que abunde. Cada insecto se desplaza con cierto grado de libertad, pero sin alejarse del sitio donde la experiencia colectiva indica que es mejor explorar.

En su sobrevuelo aleatorio, eventualmente cada abeja puede encontrar un sitio mejor que el indicado por su propia experiencia (óptimo local) e incluso mejor que el que sirve de referente a todo el enjambre (óptimo global). En ese supuesto, todas orientarán la búsqueda en la nueva dirección, que más adelante será cambiada si se descubre otro sitio mejor.

El algoritmo sigue un proceso similar, por lo cual el académico del Cinvestav lo utilizó para definir el tamaño más adecuado de las celdas, los paneles y la turbina  del generador y así lograr el suministro de energía a la población al costo más reducido dentro de un horizonte de 20 años.

La configuración comprende 17 módulos fotovoltaicos con capacidad de  generación de 180 watts cada uno; una turbina de viento de 4 kilowatts y celdas de combustible hidrógeno que en conjunto aportan 3 kilowatts. Estas celdas se complementan con un generador de hidrógeno (hidrolizador) de 3 kilowatts.

A partir de los resultados obtenidos se comenzó la construcción del generador que se pretende instalar en un poblado en Chetumal, Quintana Roo aislado de la red eléctrica -una pequeña localidad rural de 2 mil habitantes-. Conforme a la configuración prevista con el algoritmo, se espera reducir hasta en 10% el costo total de instalación y operación, que alcanzará los 3 mil 600 dólares. El consumo global del poblado oscila entre 5 y 10 kilowatts al día.

“Hay comunidades como ésta en Chetumal muy alejadas de la red eléctrica de la Comisión Federal de Electricidad donde resultaría costoso hacer las conexiones. Entonces la aplicación se pensó en ese sentido”, explicó el académico del Cinvestav Guadalajara.

Dicha población en Chetumal recibe radiación solar en un monto máximo equivalente hasta 0.75 kilowatts-hora por metro cuadrado (es decir, energía suficiente para mantener encendidos 10 focos incandescentes de 75 watts durante ese tiempo), así como ráfagas de viento con velocidades de 5 a 7.8 metros por segundo.

Pero el generador híbrido podría instalarse en otras regiones del país en las que haya disponibilidad de viento y sol en cantidades similares, con el objetivo de aprovechar todo su potencial. Al respecto, el Censo de Población y Vivienda 2010 encontró que existen en el país alrededor de 14 mil familias que habitan en cientos de comunidades rurales aisladas que carecen de conexión a la red eléctrica.

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