El almacenamiento de energía en sistemas eléctricos de...
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Madrid, 18 de mayo de 2010 Rodolfo Martínez Campillo Dirección de Gestión de Energía Iberdrola Generación El almacenamiento de energía en sistemas eléctricos de potencia: centrales hidroeléctricas reversibles
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Madrid, 18 de mayo de 2010
Rodolfo Martínez Campillo
Dirección de Gestión de Energía
Iberdrola Generación
El almacenamiento de
energía en sistemas
eléctricos de potencia:
centrales hidroeléctricas
reversibles
INTRODUCCIÓN
2
“La energía
eléctrica no puede
ser (fácilmente)
almacenada”
Los centros de control y
despacho tienen como
misión que la energía se
genere en el momento
de ser consumida
3
ÍNDICE
Necesidades de almacenamiento de electricidad
Tecnologías disponibles para almacenamiento
Centrales de bombeo
Nuevos proyectos de bombeo
Necesidad de almacenamiento de electricidad
4
Fuente: REE
Primera necesidad:
Gestión valle - punta
Necesidad de almacenamiento de electricidad
5
Fuente: REE
Segunda
necesidad:
Alisamiento
de carga
Necesidad de almacenamiento de electricidad
6
Hasta aquí las necesidades tradicionales de
almacenamiento
Tercera
necesidad:
Control de
frecuencia
Necesidad de almacenamiento de electricidad
7
Datos reales
de marzo
2008
19000 MW
eólica
MIBEL
Datos
estimados
de marzo
2020
48000 MW
eólica
MIBEL
Fuente: Unesa y NERA. Revista Electricidad. Octubre 2009
Cuarta necesidad: integración de renovables
Tecnologías disponibles para almacenamiento
8
Centrales hidroeléctricas reversibles (Pumped Hydro)
Almacenamiento en aire comprimido (CAES)
Volantes de inercia (Flywheels)
Baterías
Super-condensadores
Almacenamiento magnético (SMES)
Almacenamiento térmico
Pilas de combustible reversibles
Almacenamiento en hidrógeno
Almacenamiento en centrales de bombeo
9
Esquema de una
central subterránea
reversible
Almacenamiento en aire comprimido (CAES)
10
Almacenamiento en aire comprimido (CAES)
11
Año 1978 Huntorf, Alemania.
Generación: 290 MW – 3 hrs
Compresión: 60 MW – 12 hrs
Presión en caverna entre 43 y 70 bar
Otros proyectos CAES
McIntosh, Alabama 100 MW
Norton, Ohio 2700 MW
Markham, Texas 540 MW
310.000 m3
Volantes de inercia (Flywheels)
12
Modelo: SmartEnergy 25
Energía: 25kWh a 16.000 rpm
Potencia: 100kW durante 15 min
Cilindro de 1000 kg de fibra de carbono
Alto vacío
Cojinetes magnéticosOperación cíclica repetitiva
Integración de energía eólica en sistemas pequeños
Soporte de tensión en sistemas ferroviariosAPLICACIONES
Almacenamiento magnético (SMES)
13
10 MW
3 segundos
Almacenamiento en baterías: comparativa
14
Plomo
Ácido
Níquel
Cadmio
Litio
Ion
Sodio
Azufre
ZEBRA
Na-Ni-Cl
Energía
Específica
Wh/kg
35 – 50 75 150 - 200 150 - 240 125
Potencia
Específica
W/kg
75 – 300 150 – 300 200 - 315 90 - 230 130 - 160
Ciclos de
vida
500 – 1500 2500 10000 2500 2500
Eficiencia 80% 70% 95% 90% 90%
Auto-
descarga
(% por mes)
2 - 5 5 - 20 1 0
(pérdidas
Térmicas)
0
(pérdidas
Térmicas)
15
Baterías de Plomo - ácido
10 MW – 40MWh
Southern California Edison
Chino, California
1 MW – 4MWh
ESCAR
Iberdrola
San Agustín de
Guadalix
Sodio y azufre
fundidos a 300ºC
2500 ciclos de
recarga
Baterías de Sodio - Azufre
34 MW – 245 MWh Parque eólico, Japón.
Costes de inversión en sistemas de almacenamiento
16
1 2 3 4 5 6 horas
$/kW
100
200
300
400
500600
700
800
900
10001100
1200
1300
1400
VOLANTES
BOMBEO
CAES
BATERIAS
SMES
El CAES consume gas natural
Las baterías necesitan ser reemplazadas
17
Áreas de aplicación de cada tecnologíaT
iem
po
de
de
sc
arg
a a
po
ten
cia
no
min
al
Se
gu
nd
os
Min
uto
sH
ora
sCalidad de
servicio
Balance de
carga
Gestión de
energía
Potencias necesarias
1 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1000 MW
Bombeo
CAES
SMESSuper condensadores
Volantes de Inercia
Ni-Cd / Ni-M-H
Plomo - ácido
Li-Ion
NaS / Zebra
Baterías de Flujo
Centrales de Bombeo en el Mundo
18
95 GW de potencia instalada. 3% del total
La primeras central de bombeo se instaló en Suiza en 1882. En 1930 ya se usaban rodetes reversibles
PAIS NOMBRE FECHA SALTO (m) POTENCIA (MW)USA-NY Lewiston (Niagara) 1961 33 2880USA-VA Bath County 1985 380 2700China Guangzhu 2000 554 2400Rusia Dneister 1996 150 2268USA-MI Ludington 1973 110 1980USA-TN Racoon Mt 1979 310 1900UK-Wales Dinorwig 1984 545 1890China Tianhuangping 2001 590 1800Francia Grand Maison 1987 955 1800Australia Tumut 3 1973 151 1690Taiwan Mingtan 1994 380 1620Japón Kazunogowa 2001 714 1600
Italia Piastra Edolo 1982 1260 1020
Italia Chiotas 1981 1070 1184
Francia Grand Maison 1987 955 1800
Centrales de
Mayor
potencia
Centrales de
Mayor
salto
Centrales de Bombeo en el mundo:
mayores potencias
19
USA
Lewiston 1961
2880 MW
33 m
USA
Bath County 1985, 2700 MW, 380 m
Centrales de Bombeo en el mundo:
mayores saltos
20
Italia
Piastra Edolo 1982
1020 MW
1260 m
Italia
Chiotas 1981
1184MW
1070 m
La primera central reversible en España data de 1930
21
Centrales de Bombeo en España:
0
100
200
300
400
500
600
700
0
1000
2000
3000
4000
5000
1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990
Po
ten
cia
Ac
um
ula
da
e
n M
W
Po
ten
cia
In
sta
lad
a a
nu
al e
n M
W
Urdiceto (1930)
2 x 3,6
Gobantes(1947)
1 x 3,3
Villarino I(1970)
4 x 135
Sallente (1985)
3 x 113
La Muela (1989)
3 x 212
4873 MW
Centrales de Bombeo puro en España: SALTO NETO
22
0
100
200
300
400
500
600
700
800753
450
305
224
341
372
209
metros
Potencia total 2457 MW. Energía total 70000 MWh
Centrales de Bombeo puro en España:
23
1300 MWh
27000 MWh
24500 MWh
Centrales de Bombeo puro en España:
24
Otros proyectos de bombeo
En construcción o próximos a construir
La Muela II 840 MW
Moralets II 400 MW
En proyecto
Santa Cristina 750 MW
Jabalcón 550 MW
Belesar III 210 MW
Peares III 150 MW
Conchas-Salas 400 MW
TOTAL BOMBEO FUTURO 8100 MW
1240 MW
2060 MW
3200 MW
El Ministerio cuenta
con esta potencia
en 2020
Nuevos proyectos: Aprovechamiento río Támega
25
Oporto
Lisboa
Oporto
Lisboa
Potencia Total 1135 MW
Aproveitamentos do alto Tâmega
Torno
25hm3
660 MW –1128 GWh3 Grupos Reversibles
PADROSELOS
230 MW –469 GWh2 Grupos Reversibles
ALTO TÂMEGA
127 MW – 142 GWh
2 Grupos
DAIVÕES
118 MW –161 GWh2 Grupos
Beça
Támega
GOUVAES
147hm3
170hm3
66 hm3
890
450
317
231
642 m
110 m3/s
211 m
120 m3/s
66 m
220 m3/s
90 m
160 m3/s
Producción 1900 GWh
Sup. inundada 1700 ha
Excavación 1,5 Mm3
Hormigón 800.000 m3
12 km de túneles
Subestación de 400kV
Plan Nacional de
embalses de alto
potencial
hidroeléctrico
Inversión 1700 M €
Embalse de Gouvães (Río Torno)
26
Capacidad: 25 hm3
Altura de presa: 37 m
Embalse de Padroselos (Río Beça)
27
Capacidad: 147 hm3
Altura de presa: 90 m
Embalse de Alto Tâmega (Rio Tâmega)
28
Capacidad: 170 hm3
Altura de presa: 107 m
Embalse de Daivões (Rio Tâmega)
29
Capacidad: 66 hm3
Altura de presa: 76 m
Nuevos Proyectos: La Muela II
30
Depósito superior 20 hm3
Cota máx. 832 msnm
Salto neto 450 m
Embalse de Cortes 116 hm3
Cota máx. 326 msnm
Rio Júcar
Central superficie Cortes II
3 x 210 MW
145 m3/s
Situación actual: central
de bombeo puro La Muela
Nuevos proyectos: La Muela II
31
Excavación 265.000 m3
Hormigón 92.000 m3
Acero 6.700 t
Montaje 260.000 hh
grupos 4
Caudal 4 x 48 m3/s
Caverna Principal 115 x 18 x 47 m.
Caverna Transform. 9 x 17 x 13 m.
Tubería forzada Ф5,4 m, 800 m
turbinación 840 MW
bombeo 720 MW
Inversión 340 M€
Puesta en servicio dic. 2012
La Muela II: vista en planta
32
Central existente con tubería
forzada exterior
Nueva central con tubería
forzada interior
Toma de agua y
desagüe ya
existentes
La Muela II: Caverna de central
33
La Muela II: Caverna de transformadores
34
Turbina reversible: Francis
35
700 MW
Madrid, 18 de mayo de 2010
Rodolfo Martínez Campillo
Dirección de Gestión de Energía
Iberdrola Generación
El almacenamiento de
energía en sistemas
eléctricos de potencia:
centrales hidroeléctricas
reversibles
La Muela II: sección longitudinal
37
Costes de operación: CAES vs Bombeo
38
El CAES sólo es la mejor opción en un rango muy limitado
Potencia total 4873 MW
Centrales de Bombeo en España:
2416 MW bombeo mixto
ALDEADAVILA II VILLARINO GABRIEL Y GALÁNCONSOSOUTELOPUENTE BIBEY TANESMONTAMARA VALPARAISOTORREJÓN IPGUIJO DE GRANADILLA SANTIAGO JARES PINTADO URDICETOGOBANTES
39
2457 MW bombeo puro
LA MUELA
SALLENTE
AGUAYO
TAJO DE LA ENCANTADA
MORALETS
GUILLENA
BOLARQUE II
Ejemplo de bombeo mixto: Sistema Duero
40
Central Aldeadávila II
2 x 210 MW, 350 m3/s
Emb. Aldeadávila: 57 hm3
Emb. Saucelle: 43 hm3
Embalse de Almendra
Producible: 766 GWh
Capacidad: 3100 GWh
Central Villarino
6 x 135 MW
232 m3/s
Próximos incrementos de potencia
2457 MW + 1x400 + 4 x 210 = 3697 MW
Centrales de Bombeo puro en España:
41
Las ampliaciones permitirán un mayor apuntamiento de la energía
Moralets II 400 MW
Muela II 840 MW
