lanzarote 21 octubre 2010 enrique soria lascorz...
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Enrique Soria Lascorz
Director
División de Energías Renovables
CIEMAT
ENERGÍAS RENOVABLES Y ALMACENAMIENTO DE
ENERGÍALanzarote 21 octubre 2010
Contenido
• Energía y Energías Renovables• Sistemas de almacenamiento de energía eólica
– Suministro de energía en áreas remotas– Fluctuaciones a corto plazo– Garantía del suministro de la energía eólica
en la red.Conclusiones
Escasez y altos precios del petróleo (transporte)Escasez y altos precios del petróleo (transporte)Fin de la vida útil de las plantas nucleares en Fin de la vida útil de las plantas nucleares en funcionamiento (electricidad)funcionamiento (electricidad)Percepción directa de los efectos sobre el ambientePercepción directa de los efectos sobre el ambiente
Qué hacer?:Qué hacer?:Gas natural: la solución a corto plazo (electricidad)Gas natural: la solución a corto plazo (electricidad)Biocombustibles Biocombustibles + vehículos eléctricos (transporte)+ vehículos eléctricos (transporte)Solar + eólica + Hidráulica+otras renovablesSolar + eólica + Hidráulica+otras renovablesCarbón limpio (?) (CCS)Carbón limpio (?) (CCS)Reactores nucleares avanzados (Gen. III and IV)Reactores nucleares avanzados (Gen. III and IV)Fusión (no disponible en estos plazos)Fusión (no disponible en estos plazos)
Un escenario verosímil en 2025Un escenario verosímil en 2025--20302030
Energías renovables: algunos comentariosEnergías renovables: algunos comentarios
1: Coste 1: Coste Soluciones posibles:Soluciones posibles:Aumento del tamaño de las plantasAumento del tamaño de las plantasAvances en R + DAvances en R + DMejoras en la fabricación de componentesMejoras en la fabricación de componentesProducción en serie (expansión del mercado)Producción en serie (expansión del mercado)Experiencia en O & MExperiencia en O & M
2: Intermitencia2: IntermitenciaSoluciones posibles:Soluciones posibles:HibridaciónHibridaciónAlmacenamiento (electricidad, energía mecánica calor, HAlmacenamiento (electricidad, energía mecánica calor, H22))
Energías renovables: algunas solucionesEnergías renovables: algunas soluciones
1: Coste 1: Coste Caso de éxito energía eólica terrestreCaso de éxito energía eólica terrestre
2: Intermitencia2: IntermitenciaEnergía solar termoeléctrica: Energía solar termoeléctrica: Almacenamiento térmico Almacenamiento térmico
Almacenamiento de calorAlmacenamiento de calor
Solución adecuada y no muy costosa para plantas Solución adecuada y no muy costosa para plantas termosolarestermosolares
Calor sensible: aumento de temperatura Calor sensible: aumento de temperatura
Calor latente: cambio de faseCalor latente: cambio de fase
Materiales:Materiales:
Sales fundidas (mezclas de nitratos)Sales fundidas (mezclas de nitratos)
Materiales con cambio de faseMateriales con cambio de fase
Sistemas sólidos compactos,Sistemas sólidos compactos,
Sistemas de guijarrosSistemas de guijarros
Grandes potencias (50Grandes potencias (50--200 MW) durante horas200 MW) durante horas
- Integración de Renovables
- Eficiencia Energética
- Gestión de la Red
- Sector de la automociónHasta ahora el almacenamiento de energía se ha desarrollado para dispositivos portátiles: elemento auxiliar en automóviles, industria aeroespacial y electrónica de consumo (ordenadores, móviles, etc.)
Pero para alcanzar los objetivos enunciados se requiere un almacenamiento masivo
Objetivos del almacenamientoObjetivos del almacenamiento
Baterías de flujo REDOX
HidrógenoSupercondensadoresVolantes de inercia
Seg Min Horas Días
BobinasSuper
conductoras< 1 MW
1 - 50 MW
50 MW +
Capacidad dePotencia
Duración
Bombeo de agua
AireComprimido
Baterias
Tecnologías existentes de almacenamiento de energía
Suministro de energía en áreas remotas.
POSIBLES SOLUCIONES:• Sistemas eólicos aislados • Sistemas eólicos híbridos conjuntamente con
otra fuente de energía:– Sistemas eólico-hidráulico.– Sistemas Eólico-fotovoltaico.– Sistemas Eólico-diesel o gas.
• Sistemas eólicos para bombeo o desalación.
Proyectos eólicos aislados desarrollados:• Sistema Eólico-Diesel de Punta Jandia
(Fuerteventura).(CIEMAT)• Proyecto SDAWES. Pozo Izquierdo Gran Canaria Desalación
Eólica (ITC).• Proyecto Eólico-Diesel de la isla de Maio. Cabo Verde.
(ADES)• Proyecto Eólico Diesel en Vietnam. MADE ER-Greenpower• Proyecto Eólico-Diesel en isla Juan Fernandez (Chile) CNE• Proyecto eólico-batería de las islas Galapagos (Ecuador)
(TTA) • Proyecto eólico de la isla del Hierro (ITC)• Proyecto BAIA DOS TIGRES (ANGOLA) (EREDA)
Suministro de energía en áreas remotas.
Fluctuaciones de corto plazo de la potencia eólica.
POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologías de almacenamiento de energía a corto
plazo: (segundos-minutos)
– Volantes de inercia avanzados.– Supercondensadores.– Baterías electroquímicas– Bobinas superconductoras.
Almacenamiento a corto plazoAlmacenamiento a corto plazoSe adapta al sector del transporte y la generación distribuidaSe adapta al sector del transporte y la generación distribuida
Baterías de plomo (contaminante, baja densidad de energía, < 20 Baterías de plomo (contaminante, baja densidad de energía, < 20 MW)MW)
Baterías iónBaterías ión--Li (alta densidad de energía y elevada vida media)Li (alta densidad de energía y elevada vida media)
Solución prometedora en la automoción y quizá renovablesSolución prometedora en la automoción y quizá renovables
Hidrógeno y Pilas de combustibleHidrógeno y Pilas de combustible
Solución también interesante en automociónSolución también interesante en automoción
Coste de generación de H2 a partir de fuentes no contaminantesCoste de generación de H2 a partir de fuentes no contaminantes
SuperconductividadSuperconductividadPequeñas potencias (calidad de la señal y estabilización de la red)Pequeñas potencias (calidad de la señal y estabilización de la red)
Alta eficiencia y rápida respuestaAlta eficiencia y rápida respuesta
Temperaturas próximas al cero absolutoTemperaturas próximas al cero absoluto
20 MW Plant containing 200 Flywheels• Generic building design with a footprint of 22,400 ft2
– 20,600 ft2 Flywheel plant – 1,800 ft2 Office/Conference/Storage Area ft2
• Simple construction allows for pre-engineered buildings• Can be built without local water and sewer
PLANTA DE REGULACIÓN DE FRECUENCIA DE 20 MWCON VOLANTES DE INERCIA
Garantizar el suministro de energía eólica a la red.
POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologías de almacenamiento CENTRALIZADO de
energía a medio-largo plazo: (horas-días):
– Bombeo de agua– Baterías REDOX– Aire comprimido
Electricidad en energía mecánica Electricidad en energía mecánica
Ubicación, volumen de agua
Inversión inicial considerable
Grandes potencias (100-1000 MW)Empleo en minihidráulica
Centrales de bombeo Centrales de bombeo
Baterías de gran capacidad
TECNOLOGÍAS YA DESARROLLADAS: • Baterías VRB (Batería Redox de Vanadio)• Batería de Sulfuro de Sodio NAS • Batería de Bromo - Polisulfuro de Sodio
(Sistema Regenesys).• Otras??
Batería de Flujo de Vanadio en RISO-DTU
• Costes actuales:– 250 kW/2 MWh– 1 Mill USD
• Densidad de energía:– 25Wh/Kg.
• Unidad en RISO:• 15 kW/120 kWh• Convertidor de cuatro
cuadrantes.• Operación conectado a red
y en isla.
Batería REDOX de Vanadio– Batería de vanadio VRB (Vanadium Redox Battery) SEI Osaka
(Japón) 100 kWh. – Proyecto SUBARU Filtrado de variaciones de potencia de parque
eólico mediante una batería VRB– El sistema es perfectamente escalable hasta los 10MW de potencia y
10 horas de capacidad de almacenamiento.– La energía se recupera instantáneamente (<1ms).
Tanquesde Electrolito
Proyecto de estabilización de la red con inyección eólica mediante baterías (Futamata (Rokkashyo, Aomori) Japón)
Vista panorámica del campo de baterías
2MW x 17 conjuntos, baterías NAS
Fuente: Japan Wind
Development Co Ltd
and METI
Subvención: 19 Mill. Euros
En España
GAMESA• Batería de flujo REDOX
para almacenamiento masivo junto al nuevo aerogenerador GAMESA G1XX que ahora esta en pruebas
• Aerogenerador de 4,5 – 128 m diámetro (G1xx)
Aire Comprimido
• Básicamente es convertir la energía eléctrica de origen eólico en energía almacenada mediante la compresión de aire dentro de un depósito o cueva. (Hasta 300 MW)
• Con emisiones: El aire comprimido posteriormente se calienta mediante la combustión de otro combustible (gas) y se expande en una turbina produciendo energía eléctrica y calor reutilizable.
• Emisiones 0: Sistema adiabático. Este aire comprimido se calienta mediante el calor extraído al aire en la compresión. (En este caso hace falta algún sistema de almacenamiento de energía térmica)
Modelo Eólico - Aire comprimido
Parque eólico TransmisiónPlanta SAAC
AlmacenamientoSubterráneo de aire
En ésta aplicación el SAAC permite operar al parque eólico como una central de base.
PWF = Potencia máximade salida delparque eólico
(potencia nominal)
PT = Línea de transmisiónde máxima potencia
PWF PT
Algunas conclusionesAlgunas conclusiones
El almacenamiento es hoy un aspecto central en la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles.
Básico para el diseño de un nuevo sector del transporte
Básico para la gestionabilidad de una red con un fuerte componente de renovables
En la mayoría de los casos se trata de tecnologías incipientes con un amplio potencial de mejora
Aumentan el coste de la energía consumida:
(Dispositivos de almacenamiento, accesorios, convertidores, etc.)
Necesitan un nuevo marco regulatorio