sistemas hibridos en zonas aisladas · ciemat segundo encuentro tÉcnico. asunción, paraguay, ......

1

Energía y Desarrollo Humano

OBSERVATORIO DE ENERGÍAS RENOVABLES PARA AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE

Enrique Soria Lascorz

Director

División de Energías Renovables

CIEMAT

SEGUNDO ENCUENTRO TÉCNICO. Asunción, Paraguay, 29 de marzo 1 abril 2011

SISTEMAS HIBRIDOS EN ZONAS AISLADAS

2


EL CIEMAT• Es el Centro español de Investigaciones Energéticas,

Medioambientales y Tecnológicas.• lleva a cabo I + D + i en prácticamente todas las fuentes

energéticas: combustión de carbón, energía nuclear de fisión, energía solar, energía eólica , biomasa y biocombustibles, arquitectura bioclimática, producción y utilización de hidrógeno (pilas de combustible), fusión termonuclear, etc.

• EL CIEMAT también realiza I + D + i en Medioambiente, tanto radiológico como convencional.

Recursos humanos :Recursos humanos : 1.500 personas1.500 personas

Presupuesto (aPresupuesto (añño 2010) :o 2010) : 91,7 91,7 MM€€

OOrganismo rganismo PPúúblico de blico de IInvestigacinvestigacióónn

Ingreso por actividades de I+D (aIngreso por actividades de I+D (añño 2010) :o 2010) : 43.6 43.6 MM€€

3


ALMERIAALMERIA

MADRIDMADRID

SORIASORIA

CIEMATCIEMAT-- El BierzoEl Bierzo

CIEMAT CIEMAT CENERCENER--CIEMATCIEMAT

CISOT -CIEMAT CIEMAT Barcelona

CETA -CIEMAT CIEMAT Extremadura

4


DEPARTAMENTO DE

ENERGÍA

LABORATORIO NACIONAL DE

FUSIÓN

FISIÓN NUCLEAR

ENERGÍAS

RENOVABLES

COMBUSTIÓN Y

GASIFICACIÓN

Análisis de Sistemas

Energéticos

PLATAFORMA SOLAR

(ALMERÍA)

CEDER

(SORIA)

DepartamentoDepartamento de de EnergEnergííaa

5


• BIOMASA• Cultivos energéticos• Caracterización de biomasa• Combustión y gasificación• Biocarburantes

• ENERGÍA EÓLICA• Minieolica • Sistemas híbridos y almacenamiento

•ENERGÍA SOLAR FV• Caracterización de células, módulos y sistemas• Desarrollo de materiales

•EFICIENCIA ENERGETICA EN LA EDIFICACIÓN.•EVALUACION DE RECURSOS ,SIG•ENERGIA SOLARTERMOELÉCTRICA

• Plataforma Solar de Almería (PSA)• Aplicaciones Medioambientales

LAS ENERGIAS RENOVABLES EN EL CIEMAT

6


1.1.-- Central Central ReceiverReceiver2.2.-- ParabolicParabolic troughstroughs3.3.-- DirectDirect SteamSteam GenerationGeneration4.4.-- Stirling Stirling DishesDishes5.5.-- Solar Solar FurnaceFurnace6.6.-- WaterWater DetoxificationDetoxification7.7.-- WaterWater DesalinationDesalination8.8.-- EnergeticEnergetic EfficiencyEfficiency in in BuildingsBuildings9.9.-- FresnelFresnel CollectorsCollectors10.10.-- AdvancedAdvanced Technologies: gas/Technologies: gas/moltenmolten saltssalts

1 1

1

2

3

45

6 7

8

8

9

10

La Plataforma Solar de La Plataforma Solar de AlmeriaAlmeria (PSA)(PSA)

La Plataforma Solar de AlmerLa Plataforma Solar de Almeríía es la ma es la máás completa instalacis completa instalacióón del mundo en n del mundo en tecnologtecnologíías solares de concentracias solares de concentracióónn

7


Energia solar concentrada. Disos parabolicos

8


9


Sistemas Aislados

3 Soluciones para proporcionar electricidad en áreas rurales

Extensión de la red Grupo electrógeno Renovables

SIN RED ELECTRICA:

- Estabilidad eléctrica.-Necesaria adecuación de la generación eléctrica a la demanda

10


Soluciones para proporcionar electricidad en áreas rurales:

1.- Extensión de red

– Baja densidad de población– Altos costes por conexión y por unidad de

energía– Bajo consumo energético– Bajo poder adquisitivo en países en vías de

desarrollo

NO ES ECONÓMICAMENTE VIABLE

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Soluciones para áreas rurales:2.- Grupo electrógeno

• Baja inversión inicial• Tecnología

– Madura– Extendida– Probada

• Potencia-bajo-demanda

-Baja eficiencia cuando trabaja con factores de carga bajos

-No se suele disponer de suministro las 24 horas (es caro)

-Mantenimiento-Suministro de combustible

-Aspectos medioambientales

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Objetivo del milenio: en 2030, acceso universal a la electricidad

Fuente: Energy Poverty – How to make modern energy access universal, OECD/IEA, 2010

Población accediendo a la electricidad e inversiones necesarias Reparto de las inversiones

por soluciones empleadas

13


- 1.-Sistemas híbridos. Sistemas con acumulación de energía eléctrica

- 2.-Sistemas eólico-diesel

- 3.-Sistemas renovables-agua

TecnologTecnologíías para electrificacias para electrificacióón rural con sistemas aisladosn rural con sistemas aislados

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1.-BUS DE CONTINUA. SISTEMAS HÍBRIDOS

• En general asociado a baterías • Implica la presencia de nuevos

equipos:– rectificador – inversor, ...

• Actúa como colector de la generación (FV, pilas de combustible,...)

• La batería desempeña un papel en

– Acumulación – Regulación

REGULADOR EÓLICO

REGULADOR FOTOVOLTAICO

GENERADOR FOTOVOLTAICO

%Mill.%Mill

Sin accesoCon accesoEstimación año 2000

29.216686733915060TOTAL

Acceso a ElectricidadPoblación Total

%Mill.%Mill

Sin accesoCon accesoEstimación año 2000

29.216686733915060TOTAL

Acceso a ElectricidadPoblación Total

Fuente: World Bank, 2001.

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1.-BUS DE CONTINUA. SISTEMAS HIBRIDOS

• < 50 kW• Configuración

– Pequeño aerogenerador– Generador fotovoltaico – Batería Plomo-ácido – Control sencillo

• Historia– Los más antiguos– Crisis de 1973– Han madurado, pero...

• Estado actual– < 100 sistemas documentados– 30000 usuarios (190 países) del

HOMER– Competencia con “sólo FV”– Mercado Potencia 26 GW(AWEA 2002)

PROYECTO CICLOPS, 10 KW CIEMAT

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2.-AC Bus: Sistemas Eólico-Diesel.

GS

Grupo electrógeno

Embrague

GA

GeneradorAsíncrono

Aerogenerador

Cargasdedisipación

Paso fijo

ControlAerogenerador

Control

velocidad

Controldiesel

Generador síncrono

Consumos

380 VAC

50 Hz

Controlde potencia

Bombeode agua

Desalación de agua

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Peculiaridades de los componentes

Aerogenerador: pequeño/mediano/grandeGrupo diesel: obligatorioControl: sofisticado (PC)

•Equipo controlador de red–Almacenamiento corto plazo–Cargas regulables

ComunicacionesConsumos: diversos

•conveniencia de cargas regulables

Historia Anexo VIII de IEA “ Study ofdecentralised applications for windenergy” (RISO, ECN, CIEMAT)

1994: “W&D Systems” book, R. Hunter y G.Elliot.Software de modelado

Proyectos de demostraciónEstado actual

Importantes empresas con diferentes soluciones tecnológicasW/D Workshop (2002, 2004)Software comercial (HYBRID2, HOMER, ...)

Mercado potencial> 130.000 grupos (<1MW) electrógenos, 9.1 GW, en 1990

2.- SISTEMAS EÓLICO-DIESEL

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2.- SISTEMA EOLICO-DIESEL DE FUERTEVENTURA (ISLAS CANARIAS)

3 80 V / 3 80V

250 K V A50 H z

A L U M B R A D OPU B L IC O

4K W

A L U M B R A D OPR IV A D O

(m in:10 K W m ax 70 K W )

PL A N T A D ED E SA L A C IÖ N

D E A G U A D E M A R5 6 m 3 /d ía - 16 ,5 K W

P L A N T A D E T R A T A M IE N T O

D E A G U A R E SID U A L25 m 3/d ia - 3 K W

O T R A S C A R G A S5 K W

C A M A R A D E F R IOY PR O D U C C IO N

D E H IE L O

S IS T E M AD E

C O N T R O L

M O T O R D IE SE L 14 0 C .V .

M O T O R D IE SE L 140 C .V .

A E R O G E N E R A D O RV E ST A S V 27 225 /50

G E N E R A D O RA SIN C R O N O

22 5 / 5 0 K V A 3 80 V

C A JAM U L T IP L .

C A M B IOD E P A S O

C A R G A S D E V O L C A D O100 K W

M U L T IC O N V E R T ID O R E S

E M B R A G U EE L E C T R O M A G N E T IC O

V O L A N T ED E IN E R C IA

T R A N S FO R M A D O RD E A ISL A M IE N T O

G E N E R A D O RSIN C R O N O


75 K V A


75 K V A

V O LA N T ED E IN E R C IA

19


REFERENCIAS TÉCNICAS DE GAMESA EN SISTEMAS HÍBRIDOS EÓLICO DIÉSELPROYECTO DE ISLAS GALÁPAGOS. ISLA DE SAN CRISTÓBAL (1)

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

El Proyecto eólico de San Cristóbal, en las islas Galápagos se diseñó con el objetivo de reducir el consumo de combustible, disminuyendo así las emisiones de CO2 a la atmósfera y los riesgos de vertido durante los repostajes en un emplazamiento de alto valor ecológico.

El gobierno Ecuatoriano convocó un concurso en el que MADE, empresa española del grupo GAMESA, fue la adjudicataria final, compitiendo con algunos de los principales fabricantes a nivel mundial, desarrollando toda la tecnología necesaria para su buen funcionamiento.

El sistema consta de tres Grupos Diesel (GD) de 650KW, ya existentes, localizados en Puerto Baquerizo y 3 aerogeneradores (AG) AE-59 paso y velocidad variables de 800 KW ubicados a 14Km, sobre una colina.

Los antiguos GD se automatizaron para controlar su estrategia de funcionamiento, decidiendo cuantos grupos actuaban en cada momento, en función de la curva de carga de la isla y la generación eólica, realizando el control de tensión y frecuencia de red.

.

20


RESULTADOS

El PE entró en funcionamiento el 01 de Octubre de 2007 y durante los meses de viento en la isla, la generación eólica supone alrededor de un 50% del consumo en la isla.

Datos 2007 a 2009

0,00

200.000,00

400.000,00

600.000,00

800.000,00

1.000.000,00

1.200.000,00

oct‐07

nov‐07

dic‐07

ene‐08

feb‐08

mar‐08

abr‐08

may‐08

jun‐08

jul‐08

ago‐08

sep‐08

oct‐08

nov‐08

dic‐08

ene‐09

feb‐09

mar‐09

abr‐09

may‐09

jun‐09

jul‐09

ago‐09

sep‐09

oct‐09

nov‐09

dic‐09

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

Diesel Daily Production (kWh)

Wind Energy Delivered to EEPG

Wind Energy Delivered to the Grid (%)

REFERENCIAS TÉCNICAS DE GAMESA EN SISTEMAS HÍBRIDOS EÓLICO DIÉSELPROYECTO DE ISLAS GALÁPAGOS. ISLA DE SAN CRISTÓBAL (2)

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• No es imprescindible la estabilidad eléctrica

• Aplicaciones “tradicionales”– Bombeo eléctrico de

agua– Desalación de agua

de mar– Fabricación de hielo

• Nuevas aplicaciones– Hidrógeno– Eólico-hidráulica

3.- Sistemas ENERGIAS RENOVABLES-AGUA

HistoriaBombeo mecánico/eléctrico

Acoplamiento directoAcoplamiento electrónico

DesalaciónProyectos de demostración

Estado actualSensibilización a nivel mundialdel problema del agua“Cultura del hidrógeno”Iniciativa Eólica-aguaAerogeneradorHasta ahora no es diferente de la aplicación tradicional

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EnergiasEnergias renovablesrenovables -- aguaagua

- Bombeo- Desalación- Hidrógeno

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SDAWES (Sistema eólico aislado de 500 kW. Las Palmas de Gran CanariaSDAWES (Sistema eólico aislado de 500 kW. Las Palmas de Gran Canaria

ENERCON E30 (2 X 230 ENERCON E30 (2 X 230 kW)kW)

Flywheel and Flywheel and synchronoussynchronous

machine (100 machine (100 kVAkVA))

8 x 25 m3/d RO plants8 x 25 m3/d RO plants

50 m3/d VVC unit50 m3/d VVC unit(50 (50 –– 100%)100%)

192 m3/d EDR 192 m3/d EDR unitunit

(3.5 (3.5 –– 8 m3/h)8 m3/h)

GENERALGRID

WT WT

UPSSM

F 8 x RO VC EDR SW PUMPST 1:1

T

WT UPSSMF TROVCEDR

Wind TurbineUninterrupted Power System Synchronous MachineFlywheelTransformerReverse OsmosisVapour CompressionElectrodyalisis Reversible

‐‐‐‐‐‐

24


HIDRÓGENO: Proyectos de Integración de EERR – H2

HYDROHYBRID

RES2H2 H2 vector energético

H2 como combustible de automoción

HYDROBUS

Experiencias prácticas que están permitiendo al ITC avanzar en la curva de aprendizaje de las

tecnologías del H2

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HYDROHYBRIDHYDROHYBRID

Aerogenerador de 10 kW

Depósito H2 de baja presión (15 bar)

Equipo de purificación de agua

Electrolizador PEM: 1.16 Nm3H2/h production nominal

Depósito H2 de alta presión (200 bar)

Electrónica de potencia

Componentes del sistema

Compresor booster de H2

Fotovoltaica de 3 kWp

Pila de combustible de 5 kW

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RES2H2RES2H2

Aerogenerador: 225 kW

Electrolizador alcalino de alta presión (25 bar): 55 kW Production nominal : 11 Nm3H2/h

Depósito de H2: 500 Nm3 a 25 bar

Unidad de purificación de H2

Pila de combustible (6 * 5 kW): 30 kW

Planta desaladora de OI: 40 kW

Componentes del sistema

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Algunos Sistemas Aislados

• Venezuela (Electrificación Rural Comunidades Aisladas: 48 sistemaseólico-FV-diesel) – Bornay(http://www.bornay.com/eolica/es/ultimas-noticias/9/electrificacion-rural-comunidades-aisladas/11)

• Eurosolar (600 sistemas FV y FV-Eólico) http://www.programaeuro-solar.eu/home.php

• Proyecto Nazareth, en Colombia (ADES) http://www.ades.tv/es/idi/proyectos/proyecto-nazareth-la-guajira-colombiana/id/30

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CIEMAT gTIGER. Grupo de Tecnologías de Información Geografita e Integración de Renovables ([email protected])

Proyectos SIG IBEROAMERICA 2010

MODERGIS – Plataforma de modelación para la

sostenibilidad energética en Colombia

Geoportal de Energías Renovables para la planificación energética en Cuba

Taller Iberoamericano SIG y Renovables

Bolivia

http://www.ciemat.es/portal.do?IDR=1636&TR=C

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30


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Comentarios finales

• Objetivo del milenio: Acceso universal a la electricidad en el 2030. Desarrollo local.

• Sistemas de generación distribuida. Un cambio de paradigma.

• Los sistemas Descentralizados tienen cada vez mas impacto en el mercado:

– China: 250,000 pequeños aerogeneradores instalados– Nepal: 700 sistemas de mini-hidráulicas instalados– México: 50,000 casas con sistemas FV

• La tecnología del aprovechamiento de las Energías Renovables para aplicaciones aisladas, ha madurado de forma significativa en la última década. Única opción sostenible.

32


Gracias por su atenciGracias por su atencióónn

[email protected]

sistemas hibridos en zonas aisladas · ciemat segundo encuentro tÉcnico. asunción, paraguay, ......

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