11_- Enrique Soria - Almacenamiento de EERR y minieolica para autoconsumo.pdf

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Enrique Soria Lascorz

Director

Divisin de Energas RenovablesCIEMAT

SISTEMAS DEALMACENAMIENTO DE

ENERGA PARA ENERGASRENOVABLES

Fuerteventura, 2 de marzo de 2012

Contribucin de las Islas Europeas a los

Objetivos de Desarrollo Energtico

Sostenible de la Unin Europea
http://intranet.ciemat.es/ICIEMATportal/portal.do;jsessionid=5C27B3928FCCEB58D3355AD4F84D9E08


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EL CIEMAT

Es el Centro espaol de Investigaciones Energticas,Medioambientales y Tecnolgicas.

Lleva a cabo I + D + i en todas las fuentes energticas: Combustin yGasificacin, Energa Nuclear de Fisin, Energa Solar, Energa ElicaBiomasa y Biocombustibles, Eficiencia Energtica en la EdificacinProduccin y utilizacin de Hidrgeno (Pilas de Combustible), FusinTermonuclear, etc.

EL CIEMAT tambin realiza I + D + i en Medioambiente, tantoradiolgico como convencional.

Recursos humanos : 1.500 personas

Presupuesto (ao 2010) : 91,7 M

Organismo Pblico de Investigacin

Ingreso por actividades de I+D (ao 2010) : 43.6 M


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Contenido

Energa y Energas Renovables Energa solar termoelectrica

Sistemas de almacenamiento de energa

Suministro de energa en reas remotasFluctuaciones a corto plazo

Garanta del suministro de la energa elica

en la red.

Comentarios finales


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Energa primaria en el mundo, 2010

Nuclear: 5,2 %

Pet.: 33,6 %

Carbn: 29,6 %

Gas Nat.: 23,8 %

Hidro: 6,5 %

Renov: 1,3 %

Total dependencia de los combustibles fsiles (87%. En Espaa 79%).

Problemas de distribucin geogrfica, escasez de reservas, volatilidad de precios yefectos medioambientales.

Este esquema no es sostenible


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Los serios inconvenientes del esquema energtico existente (escasez,dependencia, precios, daos medioambientales)

Implican la necesidad de un cambio cuyo vector principal es:La reduccin del contenido en carbono de las fuentes deenerga primariaAhorro y eficiencia energtica (demanda)

Menos combustibles fsiles

Ms renovablesMantenimiento de la nuclear (Gen IV y despus de Fukushima?)

Posible utilizacin limpia del carbn (captura y almacen. del CO2)

Fusin (no estar disponible en dcadas)

Ninguna de las alternativas est libre de problemas para su implementacininmediata. Para resolverlos, se precisa un notable esfuerzo en desarrollotecnolgico, voluntad poltica y empresarial y cambio de mentalidades

Los elementos del cambio


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Electricidad en Espaa 2011

HIDRULICA10,85%

NUCLEAR22,58%

CARBN17,01%

FUEL+GAS0,00%

CICLO COMBINADO19,84%

ELICA16,33%

RE HIDRULICA2,02%

RE Solar PV2,97%

RE Solar trmica0,80%

Trmica renovable1,70%

Trmica no renovable12,39%

CONSUMOS EN BOMBEO

-1,28%

SALDO INTERCAMBIOS

INTERNACIONALES-2,40%

Fuente: REEy elaboracin AEE

Energas Renovables 35 %


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Las energas renovables en aplicaciones no elctricas

Biomasa en sistemas de calefaccin (district heating)

Uso de sistemas solares en aplicaciones trmicas ( calor solar en

procesos industriales, secado )

Aplicaciones medioambientales y desalacin de agua de mar

Refrigeracin solar

Eficiencia energtica en la edificacin

Renovables en el transporte


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2010 2015 2020

Hidrulica 13,23 (31.600) 13,55 (31.400) 13,86 (32.800)

Solar FV 3,79 (6.300) 5,42 (9.100) 7,25 (12.400)

CSP 0,63 (700) 3,00 (8.300) 4,80 (14.400)

Elica 20,74 (42.300) 27,85 (55.500) 35,00 (70.700)

Otras * 0,82 (4.200) 1,18 (7.100) 2,85 (14.500)

Total39,2 (85.100) 51,0 (111.400) 63,8 (144.800)

PER 2011-2020

(*) Biomasa, Residuos. Elica Off-shore, etcUnidades: GW (GWh)

S b d d d l b d l bl


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Sobrecostes derivados de los subsidios a las Renovables

( PER 2011-2020)

d


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Otros datos econmicos PER 2011-2020

Export Import = 1.400 M (2015) to 1.900 M (2020)

Emisiones evitadas 2011-2010 = 171 Mt CO2

Empleos generados por las RES en 2020 = 303.000

E bl l t i


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Energas renovables: algunos comentarios

1: Coste

Soluciones posibles:Aumento del tamao de las plantasAvances en R + DMejoras en la fabricacin de componentesProduccin en serie (expansin del mercado)Experiencia en O & M

2: IntermitenciaSoluciones posibles:Hibridacin

Almacenamiento (electricidad, energa mecnica calor, H2)


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Energas renovables: algunas soluciones

1: CosteCaso de xito energa elica terrestre2: IntermitenciaEnerga solar termoelctrica:

Almacenamiento trmico


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Almacenamiento de calor

Solucin adecuada y no muy costosa para plantastermosolares

Calor sensible: aumento de temperatura

Calor latente: cambio de fase

Materiales:

Sales fundidas (mezclas de nitratos)

Materiales con cambio de fase

Sistemas slidos compactos,

Sistemas de guijarros

Grandes potencias (50-200 MW) durante horas

ANDASOL 1 Bl d P t i


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ANDASOL 1: Bloque de Potencia

2 torres: = 36 m; h = 14 m 28.500 tm de sales fundidas7,5 h Almacenamiento a 50 MW

Si t T C t l GEMASOLAR


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Sistemas con Torre Central: GEMASOLAR

Potencia: 20 MWe. Almacenamiento: 15 h a plena carga

CSP Gestionabilidad


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CSP Gestionabilidad


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- Integracin de Renovables

- Eficiencia Energtica

- Gestin de la Red

- Sector de la automocinHasta ahora el almacenamiento de energa se ha desarrollado paradispositivos porttiles: elemento auxiliar en automviles, industriaaeroespacial y electrnica de consumo (ordenadores, mviles,

etc.)Pero para alcanzar los objetivos previstos (20 /20 /20)se requiere un almacenamiento masivo

Objetivos del almacenamiento


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Bateras de flujo REDOX

HidrgenoSupercondensadoresVolantes de inercia

Segundos Minutos Horas Das

Bobinas

Super

conductoras

< 1 MW

1 - 50 MW

> 50 MW

Potencia

Duracin

Bombeo de agua

Aire

ComprimidoBaterias

Tecnologas existentes de almacenamiento de energa


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Suministro de energa en reas remotas.

Sistemas elicos aislados Sistemas elicos hbridos:

Sistemas Elico-hidrulico. Sistemas Elico-fotovoltaico. Sistemas Elico-diesel o gas.

Bombeo o desalacin.

PROYECTO CICLOPS, 10 KW CIEMAT


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Fluctuaciones de corto plazo de la potencia elica.

POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologas de almacenamiento de energa a cortoplazo: (segundos-minutos)

Volantes de inercia avanzados.Supercondensadores.Bateras electroqumicasBobinas superconductoras.

Al i t t l


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Almacenamiento a corto plazo

Se adapta al sector del transporte y la generacin distribuida

Bateras de plomo (contaminante, baja densidad de energa, < 20MW)

Bateras in-Li (alta densidad de energa y elevada vida media)

Solucin prometedora en la automocin y quiz renovables

Hidrgeno y Pilas de combustible

Solucin tambin interesante en automocin

Coste de generacin de H2 a partir de fuentes no contaminantes

SuperconductividadPequeas potencias (calidad de la seal y estabilizacin de la red)

Alta eficiencia y rpida respuesta

Temperaturas prximas al cero absoluto

PLANTA DE REGULACIN DE FRECUENCIA DE 20 MW


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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 REGULACIN DE FRECUENCIA DE 20 MWCON VOLANTES DE INERCIA


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Garantizar el suministro de energa elica a la red.

Fuente: REE

Garantizar el suministro de energa


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Garantizar el suministro de energaelica a la red.

POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologas de almacenamiento CENTRALIZADO de

energa a medio-largo plazo: (horas-das):

Bombeo de agua

Bateras REDOX

Aire comprimido

Bombeo de agua


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Bombeo de agua

Ubicacin, volumen de agua

Inversin inicial considerable

Grandes potencias (100-1000 MW)

Empleo en minihidrulica

Centrales de bombeo

C l j li b b hid li
http://intranet.ciemat.es/ICIEMATportal/portal.do;jsessionid=5C27B3928FCCEB58D3355AD4F84D9E08http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Pumpspeicherkraftwerk_es.png


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rea de balanceo

Operador Red de transporte

Generacin Cargas

Transmisin/Distribucin

Potenciaared

InterconexionesTransmisin

Potenciaared

Powerfrom

grid

APALoa

ds

Elica

Potencia a red

Potencia a red

Control conjunto elica-bombeo hidrulico.

Bateras de gran capacidad


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Bateras de gran capacidad

TECNOLOGAS YA DESARROLLADAS: Bateras VRB (Batera Redox de Vanadio)

Batera de Sulfuro de Sodio NAS

Batera de Bromo - Polisulfuro de Sodio (Sistema

Regenesys).

Otras??

Batera REDOX de Vanadio


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Batera REDOX de Vanadio

Batera de vanadio VRB (Vanadium Redox Battery) SEI Osaka(Japn) 100 kWh.

Proyecto SUBARU Filtrado de variaciones de potencia de parqueelico mediante una batera VRB

El sistema es perfectamente escalable hasta los 10MW de potencia y10 horas de capacidad de almacenamiento.

La energa se recupera instantneamente(


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Aire Comprimido

Bsicamente es convertir la energa elctrica de origenelico en energa almacenada mediante la compresin deaire dentro de un depsito o cueva. (Hasta 300 MW)

Con emisiones: El aire comprimido posteriormente secalienta mediante la combustin de otro combustible(gas) y se expande en una turbina produciendo energaelctrica y calor reutil izable.

Emisiones 0:Sistema adiabtico. Este aire comprimidose calienta mediante el calor extrado al aire en lacompresin. (En este caso hace falta algn sistema dealmacenamiento de energa trmica)

Sistema CAES Adiabtico


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Sistema CAES Adiabtico

Hidrgeno Centralizado


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Hidrgeno Centralizado

Aplicaciones posibles:

Apoyo en la integracin de la energa el ica en la red:Almacenamiento a corto plazo para evitar fluctuaciones

de potencia elica.

Almacenamiento a medio plazo para evitar el lucro cesante

en casos de sobre generacin elica.

Almacenamiento a largo plazo para ofrecer energaelicagarantizada (evita desvos).

Produccin directa de hidrogeno a partir de laenerga elica: Inyeccin en tubera especifica o de gasAutoconsumo.

Algunas comentarios


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Algunas comentarios

El almacenamiento es hoy un aspecto central en la bsquedade soluciones energticas sostenibles.

Bsico para el diseo de un nuevo sector del transporte

Bsico para la gestionabilidad de una red con un fuertecomponente de renovables

En la mayora de los casos se trata de tecnologas incipientescon un amplio potencial de mejora

Aumentan el coste de la energa consumida:

(Dispositivos de almacenamiento, accesorios, convertidores, etc.)

Necesitan un nuevo marco regulatorio


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Gracias por su atencin

[email protected]
mailto:[email protected]://intranet.ciemat.es/ICIEMATportal/portal.do;jsessionid=5C27B3928FCCEB58D3355AD4F84D9E08mailto:[email protected]

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