Energías renovables: Retos tecnológicos

Necesidades de I+D e infraestructuras tecnológicas

Fernando Sánchez Sudón

Áreas de actuación

CENER aúna la investigación aplicada con los servicios tecnológicos avanzados, principalmente en las áreas de: energía eólica, energía solar, energía de la biomasa, arquitectura bioclimática y electrónica de potencia.

Energía de la BiomasaActividades

Evaluación de RecursosMétodo de evaluación de biomasas agrarias y forestalesDeterminación de Costes y logística para el abastecimiento de Biomasa

BioetanolLaboratorio de ensayos de caracterización, pretratamiento y fermentación

Desarrollo de procesos fermentativos de biomasas lignocelulósicas para la obtención de etanol

Valorización de residuos agro-alimentarios para la obtención de etanol

Energía de la BiomasaActividades

BiodieselEstudio de cultivos oleaginosos energéticos alternativosMejora de la Eficiencia en el proceso de producción

GasificaciónMedida de alquitranes

Asistencia técnica en tecnologías de gasificación

Asistencia técnica en tecnologías de limpieza de gases

Análisis de ciclo de vida

Arquitectura Bioclimática y Solar TérmicaActividades

Evaluación energéticaDesarrollo de herramientas para evaluación

energética de edificiosDesarrollo de sistemas bioclimáticos pasivos

Certificación energéticaAsesoría en la implantación de entidades para la certificación energética de edificios en las CCAADesarrollo de capacidades para la certificación

energética de grandes edificios o edificios complejos

Integración de RenovablesLaboratorio homologado de captadores solares Asesoría en integración de energías renovables en

la edificaciónDesarrollo de nuevos conceptos de captadores de

solar térmica de media temperatura y su uso en refrigeración

Pabellón de España en la EXPO de Zaragoza

Diseño Bioclimático:• Soportes Generadores de Microclimas• Vidrios de control solar• Sistemas pasivos de refrigeración.

Eficiencia Energética:• Gran Cubierta Energética. Energía Solar Térmica y Fotovoltaica.• Refrigeración solar

Criterios de Sostenibilidad:• Materiales con certificados medioambientales. Reciclados y/o reciclables• Criterios de de-construcción y re-utilización• Ahorro de recursos, energía y agua.

Laboratorio de certificación de colectores solares

Acreditado por ENAC

Solar FotovoltaicaActividades Sistemas Fotovoltaicos

Laboratorio de homologación de módulos fotovoltaicosLaboratorio acreditado por ENACEnsayos de módulos de acuerdo con la norma IECEnsayos de producción Certificados oficiales

Solar FotovoltaicaActividades Células Fotovoltaicas

Laboratorio de Caracterización de Células y Materiales Fotovoltaicos

Evaluación estructural, eléctrica y óptica de materialesAsistencia Técnica a la evaluación de los procesos de producción

Tecnologías y Procesos de Producción

Análisis de procesos Reproducción de procesos en LaboratorioMejora en costos y calidad de los procesos Desarrollos de nuevas tecnologías

Laboratorio de Electrónica y Acumulación de EnergíaActividades – Proyectos I+D

Área de Redes y Alta Tensión

Mejorar y aumentar la integración de la energía eólica en el sistema eléctrico asimilándola a una central convencional

- Modelización de aerogenerador /parque- Análisis de la respuesta ante falta (huecos de tensión,

maniobras, etc.)- Configuraciones alternativas de parques (Corrientes

continua – HVDC)

Análisis de flujos de potencia- Régimen estable- Estabilidad transitoria

Laboratorio de Electrónica y Acumulación de EnergíaActividades – Proyectos I+D

Área de Redes y Alta Tensión

Protección contra rayo- Análisis de riesgo por impacto de rayo en instalaciones

- Parques nuevos o existentes- Prevención frente a descargas- Diseño de sistemas de protección contra rayo

Laboratorio de Electrónica y Acumulación de EnergíaActividades

Electrolizador

DC PV Solar

Pila de combustible

Sistema de control

Sistema de cogeneración

Red Eólica DC AC

DC

Almacenamiento H2

H2

H2O

O2 O2 / Aire

H2O

DC

AC

DC

AC

Área de Acumulación de Energía

Mejora de la integración de las energías renovables mediante el uso del HIDRÓGENO como medio de almacenamiento de energía

Producción de HIDRÓGENO mediante electrolisis en picos de producción eólica y reutilización en picos de demanda

- Modelización de sistemas electroquímicos e integración con modelo de parque

- Ciclos combinados (pilas de combustible, turbinas, motores stirling, etc)

- Configuración de parques eólicos (producción H2 en parques on & off-shore)

Energía EólicaActividades

Laboratorio de ensayos de Aerogeneradores

Medición de curva de Potencia, Calidad de Energía, Ruido y Cargas Mecánicas• Ensayos acreditados en

ENAC• Miembro de la red

MeasnetMonitorización de deformaciones estructuralesRealización de ensayos para certificación

Energía EólicaActividades

Energía EólicaActividades

EvaluaciónEstudios de viabilidad de parques eólicosEvaluación de condiciones de viento para diseño de parquesEvaluación mediante CFD en terreno complejoClimatología en emplazamientos sin medida directaMapas eólicosAnálisis de campo eléctrico en parque para protección contra rayos

PredicciónImplantación de predicción de energía en tiempo real Simulación de históricos y simulación económicaDesarrollo del modelo con nuevas técnicas

Meteorológicas y estadísticas

1346791012

603,000 604,000 605,000 606,000 607,000 608,000X_UTM [m]

4,729,000

4,730,000

4,731,000

4,732,000

4,733,000

4,734,000

Y_UT

M [m

]

Mean wind speed 10m [m/s]

Wind mast (10m)

Altitude [m]

5006007008009001,000

Energía EólicaActividades

ADA Análisis de Aerogeneradores

Diseño de Aerogeneradores• Desarrollo de herramientas de diseño

estructural, aerodinámico y eléctrico

Certificación de Aerogeneradores• Acuerdo con DNV para la certificación de

Aerogeneradores• Realización de ensayos para certificación

Diseño de Palas de Grandes Aerogeneradores• Diseño estructural, Aerodinámico, Materiales y

de Proceso de Producción

Energía eólica: Nuevas instalacionesexperimentales

Planta de Ensayo de PalasPlanta de ensayos del Tren de Potencia (Generador, Reductora, Góndola)Túnel de vientoPlanta de ensayo de materiales compuestosParque experimental

Planta de Ensayo de Palas de 70 m

Ensayos de tipo estático:Determinación de propiedades básicas: masa, CdG y momentos de inerciaDeterminación de rigidez a flexión y torsión

Ensayos de tipo dinámico: análisis modal

Planta de Tren de Potencia Ensayos (I)

Banco de tren de potenciaSe realizaran ensayos acelerados de vida de las partes mecánicas y adicionalmente pruebas funcionales, especialmente del generador eléctrico:

Ensayos acelerados de vida de los rodamientos principales del eje de baja.Ensayos acelerados de vida de los engranajes y rodamientos de la multiplicadora.Ensayos funcionales y de carga de los frenos y disco de freno del eje de alta.Ensayos funcionales, de carga y acelerados de vida de los rodamientos del generador y del acoplamiento del eje de alta HSS.

Planta de Tren de Potencia Ensayos (II)

Banco ensayos eléctricosEnsayos funcionales y acelerados de vida (mecánicos/eléctricos/térmicos) del generador y de la electrónica de potencia. Se reproducirán situaciones transitorias eléctricas. Adicionalmente pruebas aceleradas de vida sobre los componentes y conjunto mecánicos del generador y sus rodamientos.

Medida de parámetros eléctricos (resistencia, rigidez dieléctrica, resistencia de aislamiento, forma de onda, curva de descarga, curva de cortocircuito, inercia del rotor)Medidas funcionales (ensayo en vacío, vibraciones, ruido, calentamiento, equipos auxiliares, etc.)Ensayos de sobre velocidad y de sobrecargas transitorias.Ensayos de fatiga (ramp-up y conexión a red)Ensayos de huecos de tensión

Planta de Tren de Potencia Ensayos (III)

Banco ensayo góndolasSe realizarán los siguientes ensayos:

Ensayos funcionales de góndola completa Pruebas de montaje de la góndola con la grúa auxiliarEnsayos del sistema de refrigeraciónEnsayos de huecos de tensión

Servirá además como centro de formación para técnicos de mantenimiento del cliente

Túnel de Viento

Características técnicas (aún por concretar):Sección de ensayo (1.6m x2.2m)10e6 Re (vmax=~90m/s)

Laboratorio de materiales y procesos

-Taller de pruebas de fabricación(Utillaje de medición parámetros proceso , fabricación probetas,fabricación componentes, equipos de medición y control, etc…)

Laboratorio de caracterización fisico-química-mecánica:

(DSC, Viscosímetros, DMTA, Microscopía, Hornos, Muflas, densimetro, gelímetro, Máquina Universal de ensayos …)

Energía Eólica:Desafíos Tecnológicos

Sistemas avanzados de control de la energía cedida a red.Desarrollo de grandes aerogeneradores > 2MWDesarrollo de nuevos materiales y nuevos conceptos de

aerogeneradorDesarrollo de la tecnología off-shoreDesarrollo de modelos avanzados de predicción de viento y

energía

Solar fotovoltaica: Desafíos tecnológicos

Desarrollo de tecnologías de producción de silicio grado solar de bajocoste

Tecnologías para reducción de uso de silicio en la fabricación de células.Lámina delgada

Mejoras en la automatización de procesos de producciónDesarrollo de módulos fotovoltaicoa para integración en la edificaciónDesarrollo de conceptos alternativos al silicio cristalino: Células de

concentracion, células de lámina delgada, estructuras multiunión

Solar termoeléctrica: Desafíos tecnológicos

Realización de las primeras centrales comerciales en las tecnologías de torre y cilindroparabólicos

Mejora y optimización de sistemas concentradoresColectores cilindroparabólicosHeliostatos Discos parabólicos

Desarrollo de sistemas de almacenamiento térmico

Biomasa: desafíos tecnológicos

A. FASES DE PRODUCCIÓN DEL RECURSOMétodos para determinación de estándares de calidadCaracterización física y energética de la biomasaDesarrollo de programas para promocionar los cultivos energéticos

Selección y mejora de especiesMétodos sostenibles para su desarrolloAnálisis de productividad y costos reales

Desarrollo de sistemas y maquinarias de recogida de biomasaSistemas logísticos para suministro

B. FASES DE APLICACIÓN ENERGÉTICA DEL MISMOMejora de sistemas de manejo y alimentación de biomasaDesarrollo de sistemas eficientes y limpios de conversión termoquímicaDesarrollo de sistemas de limpieza de gases en gasificación y combustión

Biocarburantes: Desafíos tecnológicos

PRODUCCIÓN DE MATERIA PRIMACultivos de alta productividadTecnologías para recogida, acondicionamiento, transporte y almacenamiento de la materia prima

BIOETANOLSelección de variedades vegetales que optimicen la relación almidón-proteína.Búsqueda y selección de especies productoras de azúcar adecuadas para la producción de biocarburantes

BIODIESELSelección de especies oleaginosas más adaptadas a las características agronómicas de nuestro país y cultivos no alimentarios

PROCESOS DE TRANSFORMACIÓNMejora de los rendimientos ya existentesComercialización como la obtención de etanol a partir de materiales lignocelulósicos