Almacenamiento de Energía Parte 1. Cambio …...– Act. Industriales, de agricultura y quema de...
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AlmacenamientodeEnergíaParte1.CambioClimáticoyEnergíasRenovables
GabrielOlguin,Ph.D.SocioDirectorPowerBusiness,ProfesorUniversidaddeSantiago
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
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Cambioclimático
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“Sí, destruimos el planeta Tierra, pero por momentos creamos mucho valor para nuestros accionistas”
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Cambioclimáticoyenergíasrenovables• Estemódulopresentaelementosconceptualesbásicosdecambio
climáticoyaccionesdetransiciónenergética.
• Transiciónenergéticaeselprocesoporelcualunpaísreducelaproduccióndeenergía(eléctrica)mediantecombustiblesfósilesytransitahaciaunamatrizenergéticamáslimpia.
• SemuestranloscompromisosasumidosporChileycomoestoscompromisosinternacionalesseplasmanenpolíticaspúblicas,leyeseiniciativasdeintegracióndegeneraciónlimpiaenelsistemadepotencia.
• ElmódulobuscamostrarquelaintegracióndeenergíasrenovablestalescomosolaryeólicacontinuarádesarrollándoseconstituyéndoseenundesaRíoparaeloperadordelsistemaquedebegestionarrecursosconmayorvariabilidad.Elalmacenamientodeenergíasepresentacomounasoluciónalaintegracióncrecientederecursosvariablesrenovables.
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Objetivo
• DiscutirelCambioClimáticoylosgasesdeefectoinvernadero
• Revisarloscompromisosasumidospornuestropaísenprodeunaeconómicabajaencarbono.
• Relacionarestosaspectosconeldesarrollotecnológicoylaindustriaeléctrica,enparticularconlageneraciónrenovablevariable
• IntroducirlosdesaRíosdelaindustriaeléctrica,enparticularintegrarcantidadescrecientesdeenergíarenovablevariable
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Contenidos
• Cambioclimático– TransformaciónenergéticayelroldelSEP
• LosSistemasEléctricosdePotencia• Lasnuevastecnologías• LosdesaRíosdelaindustria
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Cambioclimático–Políticaspúblicas
• ExisteconsensocientíRicoyhoypolíticoquelatemperaturadelatierraestáaumentandodebidoalefectoinvernaderoloquepodríaoriginarcambiosclimáticosconefectosdesconocidosparalavidasobrelatierra.
• Representantesdelasdiversasnacionessehanreunidoendiversosforosparaacordarmecanismosdetrabajoconjuntoquepermitanreducirlosgasesdeefectoinvernadero
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GasesdeefectoinvernaderoGasesqueatrapanelcalorenlaatmósfera• DióxidodecarbonoCO2
– Quemadecombustiblesfósiles
• MetanoCH4
– Industriadealimentos(carne)yrellenossanitaros
• ÓxidoNitrosoN2O
– Act.Industriales,deagriculturayquemadefósiles
• GasesRluoruros
– Variedaddeprocesos
Emisionestotales2013USA
82%
10%5%3%
6673MillonesdetoneladasCO2
DioxidodeCarbono
Metano
ÓxidoNitroso
Floruros
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Temperaturamediaglobal
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https://www.epa.gov/climate-indicators/climate-change-indicators-us-and-global-temperature
Promedio 1901-200 es usado como referencia
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Temperaturamediaocéanos
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https://www.epa.gov/climate-indicators/climate-change-indicators-sea-surface-temperature
Disminucióndelacapadehielo
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https://www.epa.gov/sites/production/files/styles/large/public/2016-07/arctic-sea-ice-map-download-2016.png
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GasesdeEfectoInvernaderoenChile
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Peso Porcentual por Sector con respecto al Total Nacional (ton CO2eq)
Energía - Carbón y Leña; 0,00%
Comercial y Público; 1,37%
Celulosa; 1,18%
Cemento; 1,40%
Pesca; 0,92%
Azúcar; 0,67% Salitre; 0,50%
Hierro; 0,48%
Transporte Ferroviario; 0,10%
Energía - Gas y Metanol; 0,62%
Energía - Gas y Coque; 1,19%
Transporte Aéreo; 3,40%
Energía - Petróleo y Gas; 4,52%
Cobre; 5,44%
Residencial; 5,93%
Transporte Marítimo; 7,20%
Industrias y Minas Varias; 9,64%
Energía - Electricidad; 25,27%
Transporte Terrestre; 27,00%
Petroquímica; 0,07%
Siderurgia; 3,10%
Proyección de la evolución de las emisiones de gases de Efecto Invernadero en el Sector Energía 2000-2025; POCH
ProyeccionesparaChileenunescenarioBAU
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20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
180.000
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
GgdeCO
2equivalente
TJ
ConsumodeEnergíavsEvoluciónemisionesdeCO2equivalenteaños2000- 2025
ConsumodeEnergíaenTJ EmisionestotalesdeCO2eq
EmisionesfugitivasdeCO2eq EmisionesdeCO2eqPesca
EmisionesdeCO2eqPúblico, residencialycomercial EmisionesdeCO2eqTransporte
EmisionesdeCO2eqIndustriasManufacturera,construcciónyminas EmisionesdeCO2eqIndustriasdelaEnergía
Proyección de la evolución de las emisiones de gases de Efecto Invernadero en el Sector Energía 2000-2025; POCH
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CompromisodeChile
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• COP 21 - Paris • Reducción de 30% con base en 2007
hacia 2030, en términos de intensidad de carbono
• 35 a 45 % adicional con apoyo internacional
https://www.youtube.com/watch?v=vcSp9IFlvb8
EstrategiasreduccióndeCO2
• ERicienciaenergética– Hacermásconmenosenergía
• Conservacióndelaenergía– Evitarelmalusodelaenergía
• CapturaysecuestrodeCO2– GrupodetecnologíasqueevitanoreducenlaemisióndeCO2
• Transformaciónenergética– Cambiardecombustibleofuenteprimaria
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Transformaciónenergética:Energiewende,elmodeloalemán
• Planparapasardeloscombustiblesnuclearesyfósilesalasenergíasrenovables.
• Sediseñóenladécadadelos80´s,yseconvirtióenpolíticaenelaño2000.TomófuerzadespuésdelacatástrofedeFukushimaenmarzo2011.
• Objetivo:reduciremisionesdegasesdeefectoinvernaderorespectode1990,enun40%en2020yenun80%en2050-perosinenergíanuclear.
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http://www.economist.com/node/21559667
Introducciónalossistemasdeenergíaeléctrica
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SistemadeEnergíaEléctrica
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Para una entretenida descripción de la guerra AC versus DC ver “AC/DC: The Savage Tale of the First Standards War” by Tom McNichol
LosSistemasEléctricosdePotencia
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• UnSEPeselconjuntodeinstalacionesdes2nadasagenerar/producir,transportarydistribuirenergíaeléctricaencondicionesadecuadasdecalidadyseguridad
• Obje2vo:GenerarEEencan2dadessuficientes,transmi2rgrandesbloquesEEaloscentrosdeconsumoydistribuirlaEEaconsumidoresfinalesencondicionesadecuadasdecalidadyseguridadyamínimocosto.
• Calidad:adecuadacondicionesdetensiónyfrecuencia• Seguridad:adecuadadisponibilidad
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LosSistemasEléctricosdePotenciaSeguridadyCalidaddeServicio
• Continuidaddesuministro– Frecuenciayduracióndelasinterrupciones
• Calidaddelvoltaje–regulacióndetensión– Magnitudnominal;bandapermisibledependedelniveldetensión;librededistorsión
• Calidaddelafrecuencia– 50Hz;estrechabandapermisibledevariación
• Seguridaddesuministro– Reservadegeneraciónydeactivosdetransmisión
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LosSistemasEléctricosdePotencia:Variablessinodalesysistemastrifásicos
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ϕ€
Valor efectivo
V =1T
v 2dt0
T
∫ =Vmax
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v(t) =Vmaxsen(ωt) i(t) = Imax cos(ωt −ϕ )Donde ω=2πf
Calidad: frecuencia, magnitud del voltaje, distorsión
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LosSistemasEléctricosdePotencia:Variablessinodalesysistemastrifásicos
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• El2podecarga(impedancia)afectaeldesfaseentrelatensiónycorriente
• Encircuitoseléctricoshaytrescomponentesfundamentales:resistencia,capacitanciaeinductancia
• Enuncapacitorlacorrienteadelantaalvoltajeen90grados
• Enuninductorlacorrienteatrasaalvoltajeen90grados
• Eldesfaseenel2empotambiénsipuederepresentarcomodesfaseangular
ϕ
ϕ
Fasores• Transformadalineal,deRinición
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€
F 2V cos(ωt +ϕ){ } =Ve jϕ
F −1 Ve jϕ{ } = 2V cos(ωt +ϕ)
Obs.: V es valor efectivo
• Losfasorespuedenserpresentadoscomovectoresenelplanocomplejomedianteeloperadorejφ=cosϕ+jsenϕ.Eldesfaseenel2emposetransformaendesfaseangular
φ
V
I
φ
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Potenciainstantáneamonofásica
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Potenciainstantáneamonofásica
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PotenciayEnergía
• EnSEPlapotenciasemideenWatts,kiloWatts,MegaWattsoGigaWatts– W,kW,MW,GW– EslarazónalaquesetransRiereenergíaeléctrica
• EnSEPlaenergíaeléctricasemideenWatts-hora,kiloWatts-hora,MegaWattshora,GigaWattshora
• Lapotenciaentregaunaideadeltamañodelactivo;laenergíanoporquedependedeltiempo
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Evolución de los SEP Ayer: 1900 - 1990 Rol: link físico generación y consumidor Operación: planeada y determinística Configuración: mayormente radial Énfasis: en electrificación
Hoy: 2012 -2020 Rol: mercado y seguridad Operación: tiempo real y crecientemente probabilística Configuración: enmallada Énfasis: energía limpia, segura y competitiva
Ref.: i4energy Seminar Spring 2011; UC Berkeley, February 4, 2011
Mañana: 2030-2050 Role: ? Operación: ? Configuración: ? Énfasis:?
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PotenciayEnergía
• EnSEPlapotenciasemideenWatts,kiloWatts,MegaWattsoGigaWatts– W,kW,MW,GW– EslarazónalaquesetransRiereenergíaeléctrica
• EnSEPlaenergíaeléctricasemideenWatts-hora,kiloWatts-hora,MegaWattshora,GigaWattshora
• Lapotenciaentregaunaideadeltamañodelactivo;laenergíanoporquedependedeltiempo
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Evolución de los SEP Ayer: 1900 - 1990 Rol: link físico generación y consumidor Operación: planeada y determinística Configuración: mayormente radial Énfasis: en electrificación
Hoy: 2012 -2020 Rol: mercado y seguridad Operación: tiempo real y crecientemente probabilística Configuración: enmallada Énfasis: energía limpia, segura y competitiva
Ref.: i4energy Seminar Spring 2011; UC Berkeley, February 4, 2011
Mañana: 2030-2050 Role: ? Operación: ? Configuración: ? Énfasis:?
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Impulsores(Drivers)clavesdelA.E.
• Integracióncrecientedeenergíarenovablevariable:– Solar,eólica,hidráulicadepasada
• Altocostodesuministrodelademandapunta– ElsuministrodeunMWadicionalimplicainversionesadicionalesentodalacadenadevalorG+T+D(CAPEXyOPEX)
• Inversionescuantiosasentransmisiónydistribuciónparamejorarseguridad,conRiabilidadycalidaddesuministro
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DesaRíosdelaindustriadeG,TxyDx• Sustentabilidad
– Ambiental,socialyeconómica
• BANANA:BuildAbsolutelyNothingAnywhereNearAnyone– Mínimousodesuelo,líneasySEcompactas
• IncorporacióndeERNC=>disminuyaemisionesCO2(huelladecarbono)– Disminucióndecostos:optimizacióndelusodelainfraestructura
• NuevastecnologíastendientesahacermáseRicienteyRlexibleelsistema– Controldelapotenciaactivayreactiva:SVC,STATCOM,Trafosdesfasadores– Monitoreo,supervisiónycontrol:SCADA,PMU– Mejorusodelainfraestructuraexistente:repotenciamientodeLLTT,
conductoresdealtatemperatura
– Mayorusodecablesdepoder(ACyCC)– Almacenamientodeenergía
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Porquenuevastecnologías?
• TresobjetivosdeunSEP– Energíalimpia:apoyarintegracióndelasERNC
– Energíasegura:Incrementarseguridadycalidaddesuministro
– Energíacompetitiva:máseRicienciaeconómica
• ¿Porquenuevastecnologías?– Resuelveunproblema/situaciónreal:Energíalimpia,segurayeconómica
• Lohacemejorquelasalternativas– Expansión“convencional”deredesAT
• Escompetitivo– MenorvalorpresentedelcostototalomayorvalorpresentedelosbeneRicios
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Tecnología:Conjuntodeteoríasytécnicasparaelaprovechamientoprác;codelconocimientocien<fico.
ReRlexionesRinales
• LosSEPssufrenunarevoluciónproductodetresfactoresbásicos:– PreocupaciónporelMAyempoderamientociudadano
• Integracióncrecientedeenergiasrenovables
– Seguridaddesuministro(independenciaenergética)
– ERicienciaeconómica
• LastecnologíaspuedenserunalivioalsistemapermitiendounaexplotaciónmásintensadelainfraestructuraexistenteypermitiendolaintegracióndeenergíabajaenemisionesCO2
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