“Almacenamiento de energ ía en los nuevos modelos de redes de...
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05/11/2014 1 “Almacenamiento de energía en los nuevos modelos de redes de energía: una oportunidad de investigación y desarrollo y de negocio” Joan Ramón Morante IREC, Institut de Recerca en Energia de Catalunya y Universitat de Barcelona Catalonia Institute for Energy Research
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“Almacenamiento de energía en los nuevos modelos de redes de energía: una
oportunidad de investigación y desarrollo y de negocio”Joan Ramón Morante
IREC, Institut de Recerca en Energia de Catalunyay
Universitat de Barcelona
Catalonia Institutefor Energy Research
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Disponibilidad inmediata de energía¿Que implica?
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Las tecnologías de Almacenamiento deben ofrecer servicios a diferentes niveles
•GENERACIÓN -Suministro
Integración de Renovables Peak shaving
Arbitraje de precios
Servicios auxiliares
Regulación de frecuencia
Reserva rodante
Gestión de costes de ciclado
•T&D - Entrega Aplazamiento de inversión en la red de T&D
Incremento del factor de carga en T&D
Extensión de la vida de componentes de la T&D
Fiabilidad
Arranque (desconexión)
Calidad de Electricidad
Apoyo de voltaje
Gestión de la congestión
USUARIO FINAL
Gestión energética comercial e industrial
Evitar apagones (SAI)
Reducción del coste de energía
Ahorro en costes
Gestión de energía a nive´l doméstico
Sistemas de apoyo
• ¿Cuanta energía consumimos?• ¿Qué fuentes de energía tenemos?• ¿Cómo se genera, transporte y distribuye la
energía eléctrica?
¿De qué volumen se está hablando?
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0-1.5 toe c.a. 0- 5liters1.5-3 toe c.a. 5-10liters3-4.5 toe c.a. 10-15liters4.5-6 toe c.a. 15-20 liters.>6 toe c.a. >20 liters.
Sources: BP + IREC
toe= ton equivalent of oil
Consumo equivalente de energía
Hydroelectricity 831.1 7%
Renewables 237.4 2%
Nuclear 560.4 4%
Coal 3730.1 30%
Natural Gas 2987.1 24%
Oil 4130.5 33%
total 12476.6 100%
Un millón de toneladas equivalente de petroleo produce alrededor de 4400 gigawatt-hora (= 4.4 terawatt-hora) de electricidad en una planta de energía (42 GigaJoules)
Equivalente a 6,3 TW (8760horas/año)
Sources: BP + IREC
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ESTRUCTURA DE LA GENERACION NETA DE LOS PAISES EUROPEOS MIEMBROS DE “ENTSO-E”.
Sources ENTSO-E (european network of transmission system operators for electricity)
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• ¿Cómo almacenar la energía?• Características del almacenamiento
según la recuperación de la energía.• Tipos de almacenamiento.
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ENTREGA
Cinco dimensiones de la cadena de valores eléctricas “antigua”
Camino tradicional: Servicio regulado con funciones incluidas
• Servicios particularizados• Precios particularizados• Nuevas estrategias de servicio• Servicios privatizados
Nueva cadena de valores eléctricos con almacenamiento de energía con “sexta dimensión”
ALMACENAMIENTO DISTRIBUIDO DE ENERGIA
INTEGRACION DE ENERGIA RENOVABABLES
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Diferentes usos del almacenamiento de energía en la red dependiendo de la frecuencia y la duración
Calidad de energía
Regulación primaria
Reserva de suministro de electricidad
Desplazamiento de la demanda
Logroño, octubre 2014
Las tecnologías de Almacenamiento ofrecen servicios a diferentes niveles
•GENERACIÓN -Suministro
Integración de Renovables Peak shaving
Arbitraje de precios
Servicios auxiliares
Regulación de frecuencia
Reserva rodante
Gestión de costes de ciclado
•T&D - Entrega Aplazamiento de inversión en la red de T&D
Incremento del factor de carga en T&D
Extensión de la vida de componentes de la T&D
Fiabilidad
Arranque (desconexión)
Calidad de Electricidad
Apoyo de voltaje
Gestión de la congestión
USUARIO FINAL
Gestión energética comercial e industrial
Evitar apagones (SAI)
Reducción del coste de energía
Ahorro en costes
Gestión de energía a nive´l doméstico
Sistemas de apoyo
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Sistema hidráulico de bombeo en Aguayo Santander (Spain)
Rango de Potencia: 100‐5000 MW Rango de Energía: 1‐24hTiempo de repsuesta : s‐minDensidad de Energía: 0,04Wh/l‐1,5Wh/lAutodescarga: 0%/dayTemperatura de operación: >0ºCEficiencia del ciclo completo75%VIda: 50‐100 years
Lundigton Pumped Storage Power Plant. Michigan (USA). Elevación 400 pies sobre el lago Michigan, 0.04 Wh/l densidad de energia 15.000MWh energía almacenada 1872MW Potencia de salida (21,5 GW total US)
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Almacenamiento de Energía por Aire comprimido
Huntorf, Alemania, KBB, E.ON
Principio básico: Almacenar energía mecánicamente mediante la compresión del aire de la atmósfera, por ejemplo cavernas subterráneas. Capacidades en todo el mundo: 320 MW (Alemania), 110 MW (USA).
Proyectos: USA, Italia, Japón, Israel, Corea, Sudáfrica Marruecos.
Desarrollos en Europa Cavernas subterráneas potenciales: Alemania, Dinamarca, España, Francia, Países Bajos, Portugal, Reino unido
I&D Adiabático CAES: ADELE proyecto (Alemania).
Campos de investigación: Identificación de nuevos países: En contenedores o en sistemas terrestres. (SSCAES)
Adiabático CAES (AA‐CAES): demostración; bajo coste.
Compresión isotérmica (ciclo termodinámicamente reversible, eficiencia teórica de 100%): demostración ; Bajo coste
Source: EC, JRC‐ SETIS, Technology Map (2011).
Potencial de CAES , Calaminus (2007)
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Metano sintetico
biometano
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‐ Ofrecer recarga de la batería durante almenos 4000 ciclos al 80%DOD (profundidad de descarga) en condiciones típicas de BEVdurante entre 10 a 15 años, manteniendo densidades de energíade almenos 250 Wh/kg durante su tiempo de vida y permitiendouna reducción considerable del “efecto memoria” de la batería
‐ Alcanzar viabilidad económica y realizabilidad tecnológica demateriales avanzados
‐Mejora de las capacidades de baterías producidas actualmente enla UE
‐ Uso de materiales sostenibles mediambientalmente yeconomicamente.
Requerimientos de la Unión Europea para Baterías deVehículos Eléctricos:
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Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma:
Baterías de flujo redox
a) Prototipos de baterías de flujo redox endiferentes tamaños, b) stack de VRFB baterías
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IRE
PROTOTIPO DE BATERIA DE FLUJO DE VANADIO
Número de celdas: 20 Voltaje: 30V Corriente: 50 A Potencia: 1.5 kW
KIC EES PROJECT
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New Liquid Electrolyte or Semi Solid Continuous Flow Cells:•Increase the energy density•To change electrodes materials as sulfuric based electrolyte can be avoided.•To wide the range of potential active ions
24M (A123)
Mass and Volume density can be increased more than a factor 12Improving the performances of the standard solid state ion lithium batteriesAnd ……changing all the strategy for infrastructures developments for EV?
Dream or Reality?
Source: 24M
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Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma:
Baterías de flujo Semi‐ Sólidas
a) caja de guantes para el montaje y evaluación de baterías de flujo semi‐sólidas, b ) celda de medida
Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma:
Nuevas estrategias de diagnosis y prognosis
a) potenciostatos/galvanostatos, b) stack‐ baterías de flujo redox operando
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PtG= Power to Gas = Energía eléctrica a Gas
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Planta de Audi (ETOGAS): metano sintético
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INTERACCION ENTRE LAS REDES DE GAS Y DE ELECTRICIDAD
Source: IRES
ALMACENAMIENTO DE ENERGIA
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Combustibles solares como almacenamiento de la energía solar.
El futuro depara nuevas alternativas:
Eficiencias >12%Comparables al sector fotovoltaico y termosolar
Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma:
Almacenamiento químico y Revalorización del CO2: Síntesis de metano sintético o sistemas de conversión de energía eléctrica a gas incluyendo biometano.
a)Catalizador a escala microscópica, producción a gran escala y reactor para la evaluación de los catalizadores para la síntesis de metano. b) Producción de combustibles solares. Fotosíntesis Artificial para el almacenamiento de energía solar en combustibles
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Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma:
Almacenamiento químico: Electrolizadores para la producción de hidrógeno
Fabricación de electrolitos sólidos para electrolizadores
Estación de test de sistemas de co‐electrolisis
Almacenamiento y eficiencia energética en sistemas y comunidades:
Micro red experimental con emuladores de fuentes de energía para la carga y descarga de sistemas de almacenamiento
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Almacenamiento y flexibilidad en edificios y sistemas HVAC en SEILAB
Integración de sistemas de almacenamiento térmico en SEILAB
¿Cuanta electricidad se almacena en forma de calor como fuente distribuida?10000000 de hogares X 3.3KWX6horas/día X 300 días/año= 60 TWh año
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Caracteristicas del mercado
Ser capaz de acumular diferentes cadenas de valor para generar beneficio
Establecer un marco para demilitar el potencial económico del almacenamiento
Construcción de escenarios para copar las futuras necesidades de almacenamiento
Sincronizar un plan de inversión para generación, transmisión y distribución
- Incertezas relacionadas con el futuro de la generación y demanda de la energía: En la evolución del sector de la potencia, nivel RES, precio del CO2 , carga-
base (nuclear) Efectividad en la gestión de la demanda en las curvas de demanda y la
nivelación de los picos de consumo- La dificultad para evaluar los beneficios del almacenamiento debido a: El solapamiento de múltiples servicios debido al almacenamiento en diferentes
niveles (generación, T&D, usuarios finales) La dificultad para evaluar un marco regulatorio común en los mercados de la
EU dado la heterogenia de los Estados miembros
Mercado y regulación:
Necesidad de operadores de almacenamiento:
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Oportunidad para investigación, desarrollo de tecnología y la innovación
El almacenamiento de la energía eléctricaes una oportunidad de negocio delante de un enorme mercado PENDIENTE de la RegulaciónIntegración de renovables, autoconsumoDisminución de costes.
Notas finales
o El almacenamiento de energía es una opción necesaria para los futuros sistemas más descarbonizados, complementaria a otras soluciones de seguridad energética
o Las tecnologías avanzadas de almacenamiento aún requieren inversiones de alto riesgo a largo plazo (fase de investigación y demostración)
o El nivel de la innovación en las tecnologías de almacenamiento es bastante bajo con relativamente poca inversión todavía.
o Es necesario que haya mecanismos que premien los beneficios que ofrecen las tecnologías de almacenamiento
o SET‐Plan ofrece la oportunidad de volver a abordar la innovación europea en el almacenamiento de energía y, finalmente, crear una estrategia integrada de la UE para mostrar de almacenamiento como una importante oportunidad de beneficios sociales y económicos.
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Fondos:
Gracias por su atención
Referencias• Plan SET
– Technology Map for the SET Plan: http://setis.ec.europa.eu/about‐setis/technology‐map/2011_Technology_Map1.pdf
– Materials Roadmap Enabling Low‐Carbon Energy Technologies: http://setis.ec.europa.eu/activities/materials‐roadmap/Materials_Roadmap_EN.pdf/at_download/file
• Almacenamiento de energia– EERA Joint Programme on Energy Storage: http://www.eera‐set.eu/lw_resource/datapool/_items/item_627/flyer_eera_es.pdf
– European Association for Storage of Energy: http://www.ease‐storage.eu/
– “Energy Storage for the Electricity Grid : Benefits and Market Potential Assessment Guide”. Sandia National Laboratories (2010).
– “ Le Stockage d'Energie : Enjeux, Solutions techniques et opportunités de valorisation ”. ENEA‐Consulting (2012)
– “Revisiting Energy Storage”. The Boston Consulting Group (2011)
– “Electricity Energy Storage Technology Options : A White Paper Primer on Applications, Costs ,and Benefits”. EPRI (2010)
– EERA Joint Programme “Smart Grids”, Deliverable D4.1
– “Moving Energy Storage from Concept to Reality”. Southern California Edison (2011)
– “Prospects for Large‐Scale Energy Storage in Decarbonised Power Grids”. International Energy Agency (2009)
• Eficiencia energetica– Energy Efficiency Directive: http://ec.europa.eu/energy/efficiency/eed/eed_en.htm
– End‐use energy efficiency activities at the EU commission JRC, http://re.jrc.ec.europa.eu/energyefficiency/
– AIE 25 Energy Efficiency Policy Recommendations, http://www.iea.org/papers/2011/25recom_2011.pdf
– Northwest Energy Efficiency Technology Roadmap 2011, http://www.bpa.gov/corporate/business/innovation/docs/2010/NW%20Energy%20Efficiency%20Technology%20Roadmap%20March%202010.pdf
– World Energy Council, Energy Efficiency: A recipe for success, http://www.worldenergy.org/documents/fdeneff_v2.pdf
