2010 06 15 Impacto de los sistemas de almacenamiento en el...
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Impacto de los sistemas de almacenamiento y vehículos eléctricos en el sistema eléctrico 15 de junio de 2010
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Impacto de los sistemas de almacenamiento y vehículos eléctricos en el sistema eléctrico
15 de junio de 2010
2
Índice
n ¿Quién es Red Eléctrica de España?
n Los retos de la operación del sistema
n Acciones de gestión de la demanda
n Almacenamiento de energía
n El vehículo eléctrico
n Conclusiones
3
Funciones TSO
El sistema eléctrico español. Funciones TSO:
Garantizar la continuidad y seguridad del suministro eléctrico, manteniendo el equilibrio instantáneo entre la producción y la demanda.
Diseñar, desarrollar y mantener la Red de Transporte
4
El equilibrio generación / demanda
El producto electricidad no es almacenable.
Necesidad de equilibrio continuo e instantáneo entre la cantidad de energía que se consume y la que se genera.
5
Índice
n ¿Quién es Red Eléctrica de España?
n Los retos de la operación del sistema
n Acciones de gestión de la demanda
n Almacenamiento de energía
n El vehículo eléctrico
n Conclusiones
6
El marco regulatorio español está dirigido por la Estrategia Europa del 20/20/20
Objetivos
El desarrollo de las fuentes de energía renovables y la mejora de la eficiencia implican una reducción de las emisiones de GEI.
La integración de las energías renovables en el sistema eléctrico conlleva una mejora de la eficiencia global del sistema.
20% de reducción de emisiones de
GEI
Contexto energético
7
7
Como Operador del Sistema, Red Eléctrica gestiona una curva de la demanda con un elevado apuntamiento
Bajo nivel de demanda
Elevado nivel de producción eólica
Elevado ratio punta valle
En algunas ocasiones se producen cortes de eólica, debido a la baja demanda y a la reducida capacidad de interconexión internacional
1
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38.000
39.000
40.000
41.000
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43.000
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45.000
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0 50 100
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250
MW
horas
2007
2008
8
En 2008 fueron necesarios 4.100 MW solamente para satisfacer la demanda de las 300 horas de mayor consumo del año.
2.650 MW
1.175 MW4.680 MW
5.700 MW6.400 MW
2.900 MW
3.670 MW 4.100 MW
30020010015
Monótonona de consumo
9
02,0004,0006,0008,000
10,00012,00014,00016,00018,000
1,99
7
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0
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6
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7
2,00
8
MW eólicos instalados
Planificación 2008‐2016 (*)
12.270 km. de líneas
3.476 posiciones de transformación
Necesidad creciente de
infraestructuras (red y
generación)
Grandes dificultades para el desarrollo de las infraestructuras. Oposición social y medioambiental.
En 2007 fueron necesarios 6.400
MW para las 300 horas de mayor
demanda (3.800 MW en 2006 y
4.100 en 2008 )
Dimensionamiento de
capacidad de infraestructuras
para demanda punta
1 2 3Dificultad de integración de la
generación ‘no gestionable’
(Eólica, solar,…)
Previsiones para 2016
Eólica: 29.000 MW
Solar: 10.000 MW
Retos para el sistema eléctrico
37,000
38,000
39,000
40,000
41,000
42,000
43,000
44,000
45,000
46,000
0 50 100 150 200 250
MW
Horas
2007 2006 2008
10
Retos para el sistema eléctrico
‐10,000
‐
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
MW
Integración y vertido de renovables en el sistema ‐ Horizonte 2016
Min R.O. Necesario Hid. Fluyente (medio) RE Cogen. RE Bio‐RSU‐RSIRE Mini‐hid. RE Solar FV RE Termo‐Solar Eolica 32016 Eficiente Vertido E Dem. Efi. + Export. + Bomb.
Fuerte crecimiento previsto de la potencia eólica y solar instalada en los próximos años
• 29.000 MW eólicos
• 10.000 MW solares
Horizonte 2016
0
5.000
10.000
15.000
20.000
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30.000
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2.01
6
MW
Evolución de la potencia eólica instalada
3
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Retos para el sistema eléctrico
Se prevé que pueda haber vertidos de energía renovable en los próximos años
Vertidos d energía de entre 1.000 y 2.000 GWh
Estimaciones de vertido renovable en el horizonte 2016
Entre el 0,32% y el 0,71% de la demanda eléctrica en 2016
Energía para entre 350.000 y 700.000 vehículos eléctricos
3
12
Mayor integración de las energías renovables no
gestionables
Generación distribuida e intermitente
Herramientas de previsión
¿Qué desafíos nos esperan del lado de la oferta?
Integración en los centros de control
13
Necesidad de aumentar la flexibilidad de la demanda
Cambio de rol de los consumidores hacia
usuarios responsables de la energía
¿Qué desafíos nos esperan del lado de la demanda?
Necesidad de mitigar el elevado ratio de apuntamiento de la curva
de la demanda
14
¿Qué es la gestión de la demanda?
La gestión de la demanda es la planificación e
implementación de aquellas medidas
destinadas a influir en el modo de
consumir energía, de manera que se
produzcan los cambios deseados
en la curva de la demanda.
15
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Discriminación horaria
Participación activa de la demanda en los mercados
Clasificación de las medidas de gestión de la demanda00
:00
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Mejoras en la eficiencia de equipos y procesos
Concienciación sobre el ahorro energético
Reducción del consumo Reducción del consumo en las horas punta del Sistema
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0Servicio de interrumpibilidad
Gestión automática de cargas
Llenado de valles
Bombeo
Tecnologías futuras de almacenamiento
Vehículos eléctricos
1 2Desplazamiento del
consumo de la punta al valle
3 4
16
¿Por qué la gestión de la demanda es un desafío?
• La demanda de electricidad está muy distribuida .
• El precio de la electricidad no parece ser disuasorio.
• El ahorro todavía no forma parte de nuestra cultura de consumo de electricidad.
• La eficiencia energética requiere de un mayor impulso regulatorio.
1
2
3
4
17
17
Elementos clave para lograr los objetivos
Información PreciosAutomatización y
mejora
1 32
Conocimiento de las pautas de consumo de los suministros como paso previo a su modificación
Difusión de información sobre las mejores prácticas
Necesidad de señales de precio horarias que trasladen al consumidor final los costes reales de la energía, en el momento en que ésta se consume
Automatización que permita implementar de forma práctica las medidas de gestión de la demanda (Sistemas de gestión de cargas, contadores inteligentes, …)
Cuatro vectores clave para conseguir los cambios buscados
Regulación
4
El marco regulatorio debe impulsar la eficiencia energética
18
Índice
n ¿Quién es Red Eléctrica de España?
n Los retos de la operación del sistema
n Acciones de gestión de la demanda
n Almacenamiento de energía
n El vehículo eléctrico
n Conclusiones
19
Servicio de Interrumpibilidad
La interrumpibilidad es un servicio de gestión de la demanda prestado por los
consumidores industriales, consistente en reducir la potencia activa
demandada hasta un valor de potencia residual requerido, a petición del
Operador del Sistema y en aquellas circunstancias necesarias para el sistema
eléctrico
20
Servicio de Interrumpibilidad
El servicio es gestionado por Red Eléctrica y aportado por 151 suministros interrumpibles
Importante colectivo que aporta modulación y potencial interrumpible (flexibilidad) al sistema en momentos críticos
Papel
Siderurgia
CementoQuímica
Perfil de consumo de los suministros interrumpibles durante un día característico de invierno (21/01/2009)
21
Contadores con discriminación horaria y señales de precio
Las funcionalidades de los nuevos contadores de energía eléctrica permitirán implementar sistemas de discriminación horaria que hagan el sistema eléctrico más eficiente
El coste de la electricidad no debe ser el mismo en todos los periodos horarios
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5000
10000
15000
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2500
3000
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4000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
MW
P1
P2
P6
Consumidor
Sistema
Nuevos contadores Curvas de carga horariasSistemas de discriminación horaria
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Información al consumidor
Cambiar las pautas de consumo requiere un conocimiento previo de las mismas
El consumidor necesita conocer cuánto y cuándo consume
23
Cargas inteligentes
Es necesario una evolución de la actual generación de cargas eléctricas hacia otra que incorpore funciones inteligentes de gestión de la demanda
El desarrollo de las cargas inteligentes está muy ligado a las SmartGrids
• Bloqueo total• Modificación de temperaturas de consigna• Interrupción del ciclo• Limitación de potencia máxima• Limitación a programas ECO• Diferir en el tiempo
Funciones inteligentes
24
Las variabilidad de las fuentes de energía renovables, la mayor cantidad de recursos energéticos distribuidos en las redes y el crecimiento de las puntas de demanda suponen nuevos retos para los sistemas eléctricos
Las Redes Activas pueden ser parte importante de la respuesta a los nuevos retos que afrontan los sistemas eléctricos
Smart Grids
Distribuidor
Mejora de la
observabilidad
de la demanda
1
Mejores
herramientas
de predicción
2
Nuevas herramientas
de actuación (gestión
y control)
3
25
25
Coche eléctrico
El vehículo eléctrico puede contribuir a rellenar los valles de demanda y mejorar la eficiencia del sistema eléctrico
Resulta necesario gestionar cómo y cuando se producen las recargas
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Carga
∼8 horas
La recarga lenta en periodos valle mejorar la capacidad de integración de eólica y la eficiencia del sistema eléctrico
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Índice
n ¿Quién es Red Eléctrica de España?
n Los retos de la operación del sistema
n Acciones de gestión de la demanda
n Almacenamiento de energía
n El vehículo eléctrico
n Conclusiones
27
Almacenamiento de energía. Necesidad
Necesidad de integración de generación renovable no gestionable
Complejidad técnica y de gestión de los sistemas eléctricos
A la dificultad técnica de gestión tradicional se une la necesidad de integrar la generación de energías renovables no gestionables y de mejorar la eficiencia del sistema
Necesidad de mejora de la eficiencia del sistema
Oportunidad para el almacenamiento
Incremento del precio de los combustibles
Compromisos de reducción de emisiones de CO2
Reducción de la dependencia energética exterior
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Almacenamiento de energía. Clasificación
Clasificación en función de los distintos parámetros de interés
En función de la potencia que pueden aportar
En función del principio físico de almacenamiento
En función de la energía que son capaces de almacenar
Fundamentalmente existen cuatro tipos de almacenamiento
Mecánico (Energía cinética o potencial)TérmicoElectroquímicoElectromagnético
En función del rango de potencias que pueden aportar se clasifican en sistemas alta y baja potencia.
En función de la energía que son capaces de almacenar se pueden clasificar en alta y baja densidad de energía. La combinación de energía y potencia da el tiempo de respuesta de los sistemas de almacenamiento.
29
Almacenamiento mecánico de energía.
Posibilidad de modular la curva de carga
Posibilidad de mejorar la integración de generación renovable
Dependencia de la configuración del terreno
Impacto ambiental elevado
Un alternativa de futuro, el micro‐bombeo
Elevar presión del aire (80 atm) consumo eléctrico
Producción por turbina
Uso de depósitos naturales: cavernas, minas …
Experiencias en Alemania y Estados Unidos
Almacena energía cinética
Energía depende de diámetro y masa
Cojinetes electromecánicos en cámaras de vacío para evitar el rozamiento (pérdidas mecánicas muy reducidas)
Calidad de servicio
Bombeo
Aire Comprimido (CAES)
Volantes de inercia
2.750 MW de bombeo puro en la actualidad
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Almacenamiento electroquímico de energía
Batería redox (reducción‐oxidación) (vanadio VRB, polisulfuro de bromo, bromuro de zinc)
Capacidad ilimitada de almacenamiento (depende tamaño tanques)
Permite muchas cargas y descargas
Desarrollo específico a las necesidades de los sistemas eléctricos
Relativamente elevada densidad de potencia y energía
Alta eficiencia
Ciclos de carga y descarga adaptados a los sistemas eléctricos
Elevado coste y necesidad de trabajar a altas temperaturas (>300ºC)
Reduce el coste e incrementa las prestaciones respecto a otros tipos de batería
Bajo mantenimiento
Elevada densidad de energía: 300‐400 KWh/m3
Ausencia de efecto memoria
Precio en continuo descenso por su utilización en electrónica de consumo y gran futuro en automoción
Baterías de flujo
NaS
Litio ‐ Ion
31
Almacenamiento electromagnético de energía
Pueden dar grandes picos de potencia en intervalos cortos de tiempo
Número casi ilimitado de cargas y descargas
En la actualidad limitados en la cantidad de energía que puedes almacenar
Pleno proceso de desarrollo de nuevas tecnologías (Titanato de Bario).
Alta eficiencia
Número casi ilimitado de cargas y descargas
Baja densidad de energía
Trabajo a muy bajas temperaturas
Supercondensadores
SMES (Bobinas superconductoras)
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Almacenamiento de energía. Aplicaciones
Baterías NaS
1 kW 10 kW 100 kW 1MW 10 MW 100 MW
Potencia
Horas
Minutos
Segundos
Tiem
po de de
scarga
Volante de inercia de alta potencia
Volante de inercia de alta energía
Supercondensadores
Baterías de plomo
Litio ‐ Ion
Baterías de flujo Bombeo
Airecomprimido
Baterías Metal‐aire
SMES
33
Almacenamiento de energía. Aplicaciones
1 kW 10 kW 100 kW 1MW 10 MW 100 MW
10 hr
1 hr
1 min
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100 ms
Integración de renovablesIntegración de renovables
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1 hr
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Mejora de la eficienciaMejora de la eficiencia
Calidad de suministroCalidad de suministro
Potencia
Tiem
po de respue
sta
Servicios de ajuste del sistemaServicios de ajuste del sistema
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Almacenamiento de energía. Aplicaciones
Calidad de suministroCalidad de suministro
Servicios de ajuste del sistemaServicios de ajuste del sistema
1 kW 10 kW 100 kW 1MW 10 MW 100 MW
10 hr
1 hr
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Integración de renovablesIntegración de renovables
10 hr
1 hr
1 min
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Mejora de la eficienciaMejora de la eficiencia
Potencia
Tiem
po de respue
sta
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Almacenamiento de energía. Aplicaciones
Integración de renovables
1 kW 10 kW 100 kW 1MW 10 MW 100 MW
10 hr
1 hr
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1 seg
100 ms
10 hr
1 hr
1 min
1 seg
100 ms
Mejora de la eficiencia
Potencia
Tiem
po d
e re
spue
sta
Mejora de la eficiencia
Aplanamiento de la curva de demanda.
1
2
Integración de renovables
Gestionabilidad
Integración en valle2
1
La mejora de la eficiencia y al integración de renovables constituyen dos aplicaciones esenciales del almacenamiento
Compatibilidad con las tecnologías de almacenamiento en desarrollo
36
Almacenamiento de energía. Aplicaciones
Aplanamiento de la curva de carga mediante almacenamiento en periodos valle y aportación en puntas.
El aplanamiento de la curva de demanda permite lograr una mayor eficiencia en el uso de los recursos
Gestión de la curva de carga mediante almacenamiento
Monótona de carga suavizada
37,000
38,000
39,000
40,000
41,000
42,000
43,000
44,000
45,000
46,000
0 50 100 150 200 250
MW2007
Gestionada
Aplazamiento de inversiones (red y generación)
Mayor aprovechamiento de las instalaciones
Reducción de las necesidades de reserva
Reducción de pérdidas técnicas
Rangos de tiempo compatibles con las tecnologías en desarrollo
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Carga Descarga
∼3 horas
∼8 horas
37
Almacenamiento de energía. Aplicaciones
1 2 Mejora de la integración de renovables no gestionables en el valle (eólica)
Menores errores de previsión
Menor necesidad de reservas
Participación en mercados de ajuste
0
2.000
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6.000
8.000
10.000
12.000
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2.00
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2.00
7
MW eólicos
instalados
El almacenamiento puede aportar la gestionabilidad necesaria a las renovables no gestionables
El almacenamiento puede contribuir a la integración de generación renovable no gestionable (eólica y solar)
Real
Programado
Bateria
MW
0252.000 vehículos eléctricos (EV) previstos en 2014
Mayor producción eólica en periodos valle
Posibilidad de integrar esa mayor producción mediante una correcta gestión de la demanda de los EV.
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0
MW
Tiempos de carga previstos de entre 3 y 8 horas
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Almacenamiento de energía. Aplicaciones
Solución tecnológica a la potencial falta de inercia en el sistema: Volantes de inercia
Principal funcionalidad:
Estabilidad dinámica, control de frecuencia, aportación de inercia
Aplicaciones actuales:
Principalmente como UPS de equipos y edificios (generalizado en aeropuertos)
n Tamaño de módulos (valores de referencia):
desde 500 kVA -400 kW, 3,5 min back-up, 15 Ton
hasta 1670 kVA - (600.000 EUR)
39
Almacenamiento de energía. Puntos clave
Previsión de gran desarrollo del almacenamiento de energía en los próximos años
Históricamente
Retos de futuro
Necesidad de acumular energía en dispositivos portátiles
Automoción, defensa, aeroespacial y electrónica de consumoImpulsores del almacenamiento
Sector eléctrico El bombeo ha sido la tecnología más utilizada
Reducción de tamaño y precio de los sistemas de almacenamiento (Establecimiento de las tecnologías dominantes).
Aumento de la potencia y energía almacenadas
Implantación en el sector eléctrico
Desarrollo regulatorio de la gestión del almacenamiento
Situación actual
Necesidad de integración de generación renovable no gestionable y de incrementar la eficiencia de los sistemas eléctricos
Fuerte impulso en el desarrollo de baterías por parte del sector de la automoción con potencial aplicación en el sector eléctrico
Desarrollo de algunas tecnologías específicas para sistemas eléctricos (Bat. Flujo)
40
Índice
n ¿Quién es Red Eléctrica de España?
n Los retos de la operación del sistema
n Acciones de gestión de la demanda
n Almacenamiento de energía
n El vehículo eléctrico
n Conclusiones
41
El vehículo eléctrico
6,5 M de vehículos eléctricos podrían integrarse en el sistema eléctrico sin ninguna inversión adicional en activos de generación y transporte
42
El vehículo eléctrico
Para que la integración sea eficiente es necesaria una gestión inteligente de la recarga de los vehículos eléctricos
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
50.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
MW
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
50.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
MW
25.000
30.000
35.000
40.000
45.000
50.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
MW
Recarga en horas puntaRecarga en valle SIN gestión
inteligenteRecarga en valle CON gestión
inteligente
• Mayor eficiencia del sistema
• Mayor integración de renovables
• Saltos bruscos en la demanda que dificultan la operación
• Mayor eficiencia del sistema
• Mayor Integración de renovables
• Mayor operabilidad del sistema
• Sobredimensionamiento del sistema de transporte y generación
• Ineficiencia
• No favorece la integración de renovables
43
El vehículo eléctricoLa integración eficiente del VE requerirá de nuevas funcionalidades tanto en los vehículos
como en las infraestructuras
La inteligencia debe incorporarse tanto en los vehículos como en las infraestructuras
Nuevas funcionalidades
Señales de discriminación horaria1
Recarga inteligente acorde con las necesidades del sistema2
Identificación, medida y facturación3
Servicios de movilidad4
Integración en los centros de control para los V2G5
44
Plan integral para el impulso del vehículo eléctrico en España
Infraestructura y gestión de la
demanda
Industrialización e I+D+i
Promoción y demanda
A C
El plan integral para el impulso del vehículo eléctrico está configurado por una estrategia y dos planes de acción bienales que la desarrollan
El plan fue publicado el 6 de abril de 2010, durante la presidencia española de la unión europea
Grupos de trabajo del plan
Para la elaboración del plan se constituyeron tres grupos de trabajo que han desarrollado los compromisos del memorándum para el impulso del vehículo eléctrico en España
B
45
Plan integral para el impulso del vehículo eléctrico en España
La estrategia establece el objetivo de conseguir en 2014 la presencia de 252.000 vehículos eléctricos en España. Para ello se contemplan cuatro ámbitos de actuación y se articulan un total
de nueve programas
Fomento de la demanda Industrialización e I+D+i
Fomento de la infraestructura de recarga y
gestión de la demanda energética
B C
Programas horizontales
D
Ámbitos de actuación
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
300.000
2010 2011 2012 2013 2014
Nº VE
A
0
100.000
200.000
300.000
400.000
2.010 2.011 2.012 2.013 2.014
Nº puntos de carga
Servicios energéticos de recarga
Infr. Vinculada
Nº vehículos eléctricos Nº de puntos de recarga
46
Plan integral para el impulso del vehículo eléctrico en España
Se recoge la necesidad de impulsar la demanda de esta nueva movilidad para superar las barreras existentes. Para ello se prioriza el impulso en las flotas de vehículos sin excluir las necesidades de
movilidad personal.
El mayor impacto de esta nueva movilidad, y por tanto de sus ventajas, se experimentará en el ámbito urbano, por ello se instrumentarán medidas por parte de los ayuntamientos para favorecer la
implantación progresiva de esta nueva movilidad.
A.1
A.2
Fomento de la demanda
A
Programa de impulso a la demanda
Programa de ventajas urbanas
47
Plan integral para el impulso del vehículo eléctrico en España
Se mantendrán las mismas estrategias de desarrollo actuales identificándose como punto crítico la batería del vehículo
Se analizarán e identificarán las tecnologías clave del VE para así establecer las líneas prioritarias de proyectos de I+D+i.
B.1
B.2
Industrialización e I+D+i
B
Programa de fomento del desarrollo e industrialización de los VE en España, sus componentes y equipos de entorno
Programa de I+D+i
48
Plan integral para el impulso del vehículo eléctrico en España
Se articulará un programa específico de desarrollo de la infraestructura diferenciando una infraestructura vinculada (asociada al propietario del VE) y una infraestructura asociada a los
servicios de recarga energética (SRE)
Dado el elevado potencial de gestionabilidad de esta nueva carga, se articularán legalmente mecanismos de gestión de la demanda que posibiliten una mejora de la eficiencia del sistema
eléctrico en su conjunto; como puede ser la creación de una nueva tarifa de acceso o la potenciación del uso de la discriminación horaria.
C.1
C.2
Fomento de la infraestructura de recarga y gestión de la demanda energética
C
Programa de despliegue de la infraestructura de recarga
Programa de gestión de la demanda energética
49
Plan integral para el impulso del vehículo eléctrico en España
Se desarrollarán acciones de comunicación necesarias para trasladar a la sociedad una imagen del vehículo eléctrico, incluyendo sus prestaciones, sus ventajas, así como la mejor información sobre
cómo realizar una recarga eficiente.
Se articulará la normativa necesaria para superar las barreras legales y de normalización que puedan impedir el desarrollo del VE, teniendo en cuenta la necesidad de armonización de los estándares a
nivel europeo.
D.1
D.2
Programas horizontales
D
Se identificarán las nuevas necesidades de formación proponiendo un catálogo de formaciones necesarias para el desarrollo, fabricación o mantenimiento del VE.
D.3
Acciones de comunicación y marketing estratégico
Actividad normativa y de supresión de barreras legales
Fomentar formaciones profesionales específicas y especializadas
50
Real Decreto-ley 6/2010, de 9 de abril
Reforma de la Ley 54/1997, de 27 de noviembre, del Sector Eléctrico.
Entrega de energía a través de servicios de carga de vehículos que utilicen motores eléctricos o baterías de almacenamiento a coste mínimo facilitando la integración de la generación en régimen especial
Consumidores habilitados para la reventa de energía para servicios de recarga energética, así como para el almacenamiento de energía eléctrica para una mejor gestión del sistema
eléctrico.
Nuevo sujeto: Gestor de cargasNueva actividad: Servicios de recarga
energética
La actividad de servicios de recarga energética se ejercerá en libre
competencia.
Se incluye una modificación para incluir esta actividad en las referencias al régimen de incompatibilidad de las
actividades reguladas con las actividades liberalizadas.
51
Gracias por vuestra atención
