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El futuro de los sistemas eléctricos: tecnologías
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Antonio Gómez Expósito Director de la Cátedra Endesa (Universidad de Sevilla)
26 de enero de 2016
Contenido
• Los sistemas eléctricos del siglo XX
• Los sistemas eléctricos del siglo XXI
• Generación • Transporte • Distribución • Consumo • Almacenamiento
Generación térmica
Fuente: The Association for Decentralized Energy (http://www.theade.co.uk)
Térmicas convencionales (fósil y nuclear)
Ciclos combinados
Cogeneración
Trigeneración
12,5 %
España (2013)
9,5 %
35,8 %
(42,2 % renovable)
El sistema eléctrico del siglo XX
El sistema eléctrico del siglo XX
Unas centenas de grandes centrales producen la energía de millones de consumidores (pasivos), que se transporta y distribuye a través de centenares de miles de kms de líneas de Al y Cu
Transporte
Distribución
Fósil Nuclear Hidráulica
Co-gen.
Bombeo Líneas CA
Contenido
• Los sistemas eléctricos del siglo XX
• Los sistemas eléctricos del siglo XXI
• Generación • Transporte • Distribución • Consumo • Almacenamiento
El “boom” solar
Fuente: Goldman Sachs Global Investment Research
2.87
69.31
x 23 en 10 años
x 4,5 en 10 años Potencia eólica instalada por años
Potencia solar instalada por años
El número de smartphones:
x 17
Reducción precios módulos FV
PV systems in Germany
Escalas macro y micro
2.87
69.31
TERMOSOLAR:
• 110 MW Crescent Dunes, Tonopah (Nevada), 2014 • Torre sales fundidas (566º) • 10 horas almacenamiento • >50% factor utilización
[SolarReserve, Santander, Cobra]
FOTOVOLTAICA: 1 kW > P > 500 MW
Topaz Solar Farm, CA (550 MW)
5 km
• 550 MW Topaz Solar Farm, San Luis Obispo (CA), 2014 • 23% factor utilización, 25 km2
• 579 MW Solar Star (Junio 2015)
Evolución de potencia instalada
Source: IEA WEO 2015
New Policies scenario
44%
23%
6%
27%
Previsión de costes en 2040 (AIE)
Source: IEA WEO 2015
OECD
Non-OECD
New Policies scenario
¿Solar más barata que carbón y gas?
Chile, subasta capacidad octubre 2015: FV: 6.5-7.8 US$c/kWh (sin subsidios) Eólica: 7.9 US$c/kWh (sin subsidios) CSP+almacenamiento: 9.7 US$c/kWh (Abengoa y Solar Reserve)
India, última subasta capacidad: Solar: 500 MW SunEdison US$ 7.1c/kWh (sin subsidios)
Austin, TX, subasta octubre 2015 300 MW FV: US$ 4c/kWh (con desgrav. fiscal) < US$ 6c/kWh (sin subsidios)
Fuente: http://www.energypost.eu/solar-energy-costs-continue-plunge-across-world/
“Objetivo 440”: módulos de 400 Wp a $0.4/W
Contenido
• Los sistemas eléctricos del siglo XX
• Los sistemas eléctricos del siglo XXI
• Generación • Transporte • Distribución • Consumo • Almacenamiento
Integración de renovables
• Regulación de frecuencia (corto plazo): − Escasa o nula inercia − No contribución a potencia sincronizante − Regulación de P limitada (sólo a bajar)
• Balance de energía (medio plazo):
− Producción no correlacionada con demanda − Grandes y frecuentes gradientes de demanda neta
• Limitaciones técnicas − Disparos intempestivos (huecos de tensión, mucho viento) − Control Q-V limitado
El reto de la intermitencia Efecto de temporal de viento en la demanda de Alemania (febrero 2014)
Fuente: Agora Energiewende
28 GW
8 GW
Efecto de la FV en la curva de demanda
Australia
La punta de demanda nocturna queda inalterada: Australia, California, España
Mayores gradientes de demanda neta
Gradientes horarios de demanda neta en Alemania (2010-2032)
en 2032 (29% de la demanda pico)
en 2032 (24% de la demanda pico)
90h 380h
Tecnologías en transporte
• Sistemas FACTS & VSC-HVDC (multiterminales)
• Superredes: UHV-AC & UHV-DC (enlaces internacionales)
• Códigos de red ad hoc
• Sistemas de control (EMS) más sofisticados • Mercados continentales & WAM/WAC
• Contribución de renovables a servicios de red
• Regulación de V
• Emulación de sincronismo
• Sistemas de almacenamiento a gran escala
WWE: World Wide Electrical System?
Sistema interconectado mundial
Contenido
• Los sistemas eléctricos del siglo XX
• Los sistemas eléctricos del siglo XXI
• Generación • Transporte • Distribución • Consumo • Almacenamiento
Integración de renovables
• Flujos de potencia bidireccionales – Complejidad de protecciones – Seguridad (funcionamiento en isla)
• Niveles de cortocircuito
• Congestiones: – Saturación de cables
– Sobretensiones – Transformadores AT/MT y MT/BT
• Calidad de onda
Tecnologías en distribución
Smart Distribu,on Grids
• Electrónica de potencia – D-FACTS (Smartie)
– Cambiadores de tomas estáticos (Smartap)
– Interfaces para GD (tecnología VSC)
• Automatización de la distribución • DMS más sofisticados
– Estimación de estado
• Microrredes, cogeneración, micromercados
• Sistemas de almacenamiento intermedios
Red de distribución tradicional
Feeder head currents
Bus voltage magnitudes
MV & LV system is literally a Black Box
Red de distribución “inteligente”
Use AMI/AMR data to “illuminate” the MV radial system
Smart grid paradigm
Active loads: prosumers
Contenido
• Los sistemas eléctricos del siglo XX
• Los sistemas eléctricos del siglo XXI
• Generación • Transporte • Distribución • Consumo • Almacenamiento
Demanda activa (prosumidor)
Fuente: RMI - "The Economics of Demand Flexibility"
Aplanamiento de la curva de demanda
Gestión de demanda (smart meters)
Almacenamiento distribuido
Contenido
• Los sistemas eléctricos del siglo XX
• Los sistemas eléctricos del siglo XXI
• Generación • Transporte • Distribución • Consumo • Almacenamiento
Almacenamiento
¿Cómo, cuándo y dónde?
Costes normalizados: solar + baterías
Fuente: RMI, The economics of grid defection, 2014
El sistema eléctrico del siglo XXI
• Prosumidores • Sistemas locales
Transporte
Distribución
Renovables Nuclear Hidráulica
Co-gen.
Co-gen.
Bombeo
FV
Alm.
Alm. FV
Alm.
Alm. FV
Alm.
Alm. FV
Alm.
Almacenamiento
Almacenamiento • Más inteligencia • Más interconexiones
• Más diversidad • Menor factor de carga
Líneas CA Líneas/cables CC
Gracias por su paciencia!
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