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Academic Year/course: 2022/23

636 - Master's in Renewable Energies and Energy Efficiency

66378 - Optimization of hybrid generation systems with renewable sources


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
66378 - Optimization of hybrid generation systems with renewable sources
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
636 - Master's in Renewable Energies and Energy Efficiency
ECTS:
3.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The fundamental objective of the subject is to ensure that students are able to define the electrical demand of a system, evaluate the possibilities of self-consumption and carry out the optimal dimensioning of the renewable hybrid system, connected or isolated from the electrical grid, taking into account the technical and economic aspects.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The electrical supply of microgrids and other electrical off-grid systems (pumping systems, houses, farms, mountain refuges, etc.), has historically been carried out through fossil generation (diesel generator, gasoline...) but for some decades now, it is carried out mainly through renewable energies (photovoltaic, wind, hydroelectric, usually with storage). In some cases, hybrid systems, made up of more than one generation system, even hybridized with a fossil generator, are the best technical and economic solution (that is, the optimal solution) to cover a given electrical consumption in an off-grid system. In systems connected to the electricity grid, self-consumption with renewables (mainly photovoltaic), which covers part of the electricity consumption, is an increasingly widespread option, with various modalities depending on the different countries' regulations (net balance or net billing). This subject will deal with these issues, emphasizing the optimization of the different systems.

1.3. Recommendations to take this course

Previous knowledge is required for correct learning of the subject. Above all, the student needs a good base of solar photovoltaic energy and wind energy.

Following the lectures, problems, laboratory, and external practices are essential, as well as personal study and the preparation of the assignments for the subject.

Continuous work is fundamental to good use of the knowledge transmitted in the classes and passing it successfully. To facilitate this ongoing work, the student has the teacher's advice, both during lessons and tutoring hours, specially designed for this purpose.

2. Learning goals

2.1. Competences

Basic and general skills:

  • CB6.- Possess and understand the knowledge that provides a base or opportunity to be original in the development and/or application of ideas, often in a research context.
  • CB7.- That students know how to apply the knowledge acquired and their ability to solve problems in new or little-known environments within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of ​​study.
  • CB8.- That students can integrate knowledge and face the complexity of formulating judgments based on information that, being incomplete or limited, includes reflections on the social and ethical responsibilities linked to applying their knowledge and judgments.
  • CB9.- That students know how to communicate their conclusions and the knowledge and ultimate reasons that support them to specialized and non-specialized audiences clearly and unambiguously.
  • CB10.- That students have the learning skills that allow them to continue studying in a way that will be largely self-directed or autonomous.
  • CG1.- Carry out research, development and innovation in products, processes and methods concerning energy efficiency.
  • CG2.- Carry out research, development and innovation in products, processes and methods concerning renewable energies.
  • CG4.- Follow the technological evolution of renewable energies and have prospective knowledge of this evolution.
  • CG5.- Apply knowledge of advanced sciences and technologies to the professional or investigative practice of efficiency.
  • CG6.- Identify current legislation and regulations applicable to the renewable energy and energy efficiency sector.
  • CG7.-Assess the application of emerging technologies in energy and the environment.
  • CG9.- Solve complex problems in the field of energy efficiency and sustainability.

Specific skills:

  • CE1.- Use and develop methodologies, methods, techniques, programs for a specific use, norms and computing standards.
  • CE3.- Assess the importance and implications of energy use in the development of society.
  • CE15.- Calculate energy storage systems.
  • CE17.- Calculate electric power generation, transport and distribution systems, and the integration of renewable energies in each.

2.2. Learning goals

  • Characterize the demand for electrical energy in a system
  • Evaluate technically and economically the different forms of self-consumption with net balance or net billing schemes.
  • Use specific software for simulation and optimization of isolated hybrid systems and microgrids and interpret the results obtained
  • Model the different elements of an isolated system or a microgrid for optimal dimensioning.

2.3. Importance of learning goals

This subject analyzes the systems isolated from the electrical grid (off-grid systems), as well as the systems connected to the grid with self-consumption. The various possibilities of hybridization of renewable sources and their optimization are shown. In professional development, the economic optimization of these systems is extremely important since clients always demand to minimize costs.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The students must demonstrate that they have achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities.

The evaluation of the subject will be carried out as follows:

In the first call, the evaluation will consist of: academic works (including those derived from practices) 50% and open-response written test 50%. The student who does not opt ​​for the evaluation procedure described above in the first call will have the right to take a global evaluation test (the subject will be completely evaluated in a single test).

The second call for evaluation will be carried out through a global test carried out in the period established for this purpose in the months of June or July of the academic calendar.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards the achievement of the learning objectives.

It is based on participation and the active role of the student favours the development of communication and decision-making skills. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as lectures, assignments, computer lab sessions, autonomous work, and tutorials.

Students are expected to participate actively in the class throughout the semester.
Classroom materials will be available via Moodle. These include a repository of the lecture notes used in class, the course syllabus, as well as other course-specific learning materials, including a discussion forum.

Further information regarding the course will be provided on the first day of class.

4.2. Learning tasks

This is a 3 ECTS course organized as follows:

  • Lectures (6 hours). The teacher explains the course contents and solves representative applied problems. Regular attendance is highly recommended.
  • Practice sessions (15 hours). Exercises and cases will be resolved by the whole group of students.
  • Computer lab sessions (7.5 hours). Students will work together in groups.
  • Assignments (12 hours). Students will complete assignments, problems and exercises related to concepts seen in laboratory sessions and lectures.
  • Autonomous work (63 hours). Students must spend about 63 hours studying theory, solving problems, preparing sessions, and taking exams.

4.3. Syllabus

  • Introduction to distributed power generation
  • Generation of electrical energy connected to microgrids or in off-grid systems
  • Self-consumption with net metering or net billing
  • Hybrid power generation systems with integration of renewable sources
  • Modelling of electrical energy generation systems, storage and demand for the optimal dimensioning of hybrid systems
  • Optimization of hybrid systems

There will be 3 computer lab sessions.

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, office hours, assessment dates and other details regarding this course will be provided on the first day of class or please refer to the EINA website (http://eina.unizar.es).

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=66378


Curso Académico: 2022/23

636 - Máster Universitario en Energías Renovables y Eficiencia Energética

66378 - Optimization of hybrid generation systems with renewable sources


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
66378 - Optimization of hybrid generation systems with renewable sources
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
636 - Máster Universitario en Energías Renovables y Eficiencia Energética
Créditos:
3.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

El objetivo fundamental de la asignatura es conseguir que los alumnos sean capaces de definir la demanda eléctrica de un sistema, evaluar las posibilidades de autoconsumo y realizar el dimensionado óptimo del sistema renovable híbrido, conectado o aislado de la red, teniendo en cuenta los aspectos técnicos y económicos.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante

Meta 7.1. De aquí a 2030, garantizar el acceso universal a servicios energéticos asequibles fiables y modernos

Meta 7.2. De aquí a 2030, aumentar considerablemente la proporción de energía renovables en el conjunto de fuentes energéticas

Objetivo 9: Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación

Meta 9.5. Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos los países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo

Objetivo 13: Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos

13.3 Mejorar la educación, la sensibilización y la capacidad humana e institucional respecto de la mitigación del cambio climático, la adaptación a él, la reducción de sus efectos y la alerta temprana

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

El suministro eléctrico de microrredes y otros sistemas de consumo eléctrico aislados de la red (bombeos, viviendas, granjas, repetidores de telecomunicaciones, refugios de montaña, etc.), históricamente se ha realizado mediante generación fósil (generador diésel, gasolina…) pero hace ya algunas décadas se realiza mayoritariamente mediante energías renovables (fotovoltaica, eólica, hidroeléctrica, habitualmente con almacenamiento). En algunos casos, los sistemas híbridos, formados por más de un sistema de generación, incluso hibridados con generador fósil son la mejor solución técnica y económica (es decir, la solución óptima) para cubrir un determinado consumo eléctrico en un sistema aislado. En sistemas conectados a la red eléctrica, el autoconsumo con renovables (fundamentalmente fotovoltaica), que cubra parte del consumo eléctrico, es una opción cada vez más extendida, existiendo diversas modalidades según las diversas normativas estatales (balance neto o facturación neta). En esta asignatura se tratarán estos temas, haciendo énfasis en la optimización de los distintos sistemas.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Se requiere del alumnado una serie de conocimientos previos para un correcto aprendizaje de la asignatura. Sobre todo, el alumno necesita una buena base de energía solar fotovoltaica y energía eólica.

El seguimiento continuo de la asignatura tanto en sus clases de teoría y problemas como en las de prácticas de laboratorio y externas es esencial, así como el estudio personal y la elaboración de los trabajos de la asignatura.

El trabajo continuado de esta asignatura es fundamental para obtener un aprovechamiento adecuado de los conocimientos transmitidos en las clases así como para superarla con éxito. Para facilitar este trabajo continuado, el estudiante cuenta con la asesoría del profesor, tanto durante las clases como en las horas de tutoría especialmente destinadas a ello.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Competencias Específicas

CE1.- Utilizar y desarrollar metodologías, métodos, técnicas, programas de uso específico, normas y estándares de computación. 

CE3.- Valorar la importancia e implicaciones del uso de la energía en el desarrollo de sociedad. 

CE17.- Calcular sistemas de generación, transporte y distribución de energía eléctrica, así como la integración de las energías renovables en cada uno de ellos. 

Competencias Generales

CB6.- Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación. 

CB7.- Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio. 

CB8.- Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios. 

CB9.- Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades. 

CB10.- Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo. 

CG2.- Realizar investigación, desarrollo e innovación en productos, procesos y métodos en relación con las energías renovables.

CG4.- Seguir la evolución tecnológica de las energías renovables y tener conocimiento prospectivo de esta evolución. 

CG7.-Valorar la aplicación de tecnologías emergentes en el ámbito de la energía y el medio ambiente. 

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados.

  • Caracterizar la demanda de energía eléctrica en un sistema
  • Evaluar técnica y económicamente las distintas modalidades de autoconsumo con balance neto o facturación neta.
  • Utilizar software específico para simulación y optimización de sistemas híbridos aislados y microrredes e interpretar los resultados obtenidos
  • Modelar los diferentes elementos de un sistema aislado o una microrred para un dimensionamiento óptimo.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

En esta asignatura se analizan los sistemas aislados de la red eléctrica, así como los sistemas conectados a la red en modalidad de autoconsumo. Se muestran las diversas posibilidades de hibridación de fuentes renovables y su optimización. En el desarrollo profesional, la optimización económica de estos sistemas tiene suma importancia ya que los clientes y usuarios generalmente demandan minimizar costes. 

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación.

La valoración de la asignatura se realizará de la siguiente forma:

En la primera convocatoria, la evaluación consistirá en: trabajos académicos (incluyendo los derivados de las prácticas) 50% y prueba escrita de respuesta abierta 50%. El estudiante que en la primera convocatoria no opte por el procedimiento de evaluación descrito anteriormente tendrá derecho a realizar una prueba de evaluación global (la asignatura se evaluará completamente en una sola prueba).

La segunda convocatoria de evaluación se llevará a cabo mediante una prueba global realizada en el periodo establecido a tal efecto en el mes de junio y julio del calendario académico.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El planteamiento, metodología y evaluación de esta guía está preparado para ser el mismo en cualquier escenario de docencia. Se ajustarán a las condiciones socio-sanitarias de cada momento, así como a las indicaciones dadas por las autoridades competentes.

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

El desarrollo de la asignatura se estructura en torno a tres ejes: las sesiones de teoría y resolución de problemas y casos, las sesiones prácticas y la posibilidad de realización de un trabajo de asignatura.

En las sesiones de teoría (clases magistrales) se explican los conceptos básicos y se relacionan con las características técnicas de los procesos, combinándolas con las sesiones de resolución de problemas y casos (ejercicios que resuelven los alumnos en clase y se corrigen), sirviendo de apoyo para fijar la comprensión de los conceptos.

En las sesiones prácticas se utilizan programas informáticos para estudiar casos prácticos más complejos que los presentados en la pizarra, donde es necesaria para su resolución cierta potencia de cálculo. También existe la posibilidad de que se realicen visitas a instalaciones reales donde podremos ver aplicaciones de conceptos explicados en clase y simulados con el ordenador en las sesiones prácticas.

4.2. Actividades de aprendizaje

Con objeto de que los alumnos alcancen los resultados de aprendizaje descritos anteriormente y adquieran las competencias diseñadas para esta asignatura, se proponen las siguientes actividades formativas:

  • A01. Clase magistral (6 horas): exposición de contenidos por parte del profesorado o de expertos externos a todos los alumnos de la asignatura.
  • A02. Resolución de problemas y casos (15 horas): realización de ejercicios prácticos con todos los alumnos de la asignatura.
  • A03. Prácticas de laboratorio (7,5 horas): realización de ejercicios prácticos en grupos reducidos de alumnos de la asignatura.
  • A05. Trabajos de aplicación o investigación prácticos (12 horas).
  • A07. Estudio (31,5 horas).
  • A08. Pruebas de evaluación (3 horas).

Las horas indicadas son de carácter orientativo y serán ajustadas dependiendo del calendario académico del curso.

A principio de curso se informará del calendario de sesiones prácticas, que se fijará según el avance del programa y la disponibilidad de laboratorios y salas informática.

4.3. Programa

El temario propuesto para esta asignatura es el siguiente. El orden de impartición dependerá de los profesores asignados.

  • Introducción a la generación de energía eléctrica distribuida
  • Generación de energía eléctrica conectada a micro redes o en sistemas aislados de la red
  • Autoconsumo con balance neto o facturación neta
  • Sistemas híbridos de generación eléctrica con integración de fuentes renovables
  • Modelado de sistemas de generación de energía eléctrica, almacenamiento y demanda para el dimensionado óptimo de sistemas híbridos
  • Optimización de sistemas híbridos

Se realizarán 3 prácticas relacionadas con la asignatura.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

La información del horario y calendario se encuentra en la web de la EINA  (http://eina.unizar.es).

Adicionalmente el primer día de clase se informará del calendario y la planificación detallada de la asignatura.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=66378