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Alberto R. Rocha, Dir. de I+D de Negocios de ACS Servicios Comunicaciones y Energía

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V SIMPOSIO EMPRESARIAL INTERNACIONAL FUNSEAM: LOS RETOS DEL SECTOR ENERGÉTICO

MESA 1. RETOS PARA EL SECTOR DE LA ELECTRICIDAD
Los servicios de flexibilidad y balance en un entorno de alta penetración de renovables: D. Alberto R. Rocha, Director de Innovación y Desarrollo de Negocios de ACS Servicios Comunicaciones y Energía
Preside la mesa: D. Ferran Tarradellas, Director Representación en Barcelona de la Comisión Europea

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Alberto R. Rocha, Dir. de I+D de Negocios de ACS Servicios Comunicaciones y Energía

  1. 1. Mesa 1 Retos para el sector de la electricidad Alberto R. Rocha Director de Innovación y Desarrollo de Negocio ACS SCE – Servicios Comunicaciones y Energía Los servicios de flexibilidad y balance en un entorno de alta penetración de renovables 1
  2. 2. 2 ACS SCE. Áreas de Negocio
  3. 3. 3 ACS SCE. Áreas de Negocio
  4. 4.  La menos flexible  Más incómoda para el sistema  Muy estacional  La más económica  Puede mejorar con la electrónica de potencia 4 ENERGÍAS RENOVABLES  Concentrada, condicionada a una ubicación adecuada  Muy flexible gracias al almacenamiento  Fácil de hibridar  Estacional pero con posibilidad de dar firmeza a través de la hibridación  Concentrada y ubicada donde existen condiciones adecuadas. Estacional.  No gestionable, aunque cada vez más predecible  A mayor penetración más predecible en el conjunto de un territorio.  Puede entrar y salir con rampas muy pronunciadas, menos difícil que la PV.  Excelente flexibilidad (si tiene embalse)  Escasez de buenos emplazamientos en países desarrollados  Potencial importante en países emergentes y en desarrollo  Minihidroeléctrica (generalmente fluyente) predecible pero no gestionable Solar Fotovoltaica Termosolar Eólica terrestre y marina Hidroeléctrica
  5. 5. 5 ENERGÍAS RENOVABLES: FACTORES ECONÓMICOS Las energías renovables no gestionables ya son más económicas, en puros términos de €/MWh, y en lugares con recurso natural, que las tecnologías que consumen recursos fósiles. Su intermitencia da lugar a problemas de integración que crecen exponencialmente con su participación en el mix de generación. La hidroeléctrica y la solar termoeléctrica con almacenamiento tienen características intrínsecas mucho más favorables desde el punto de vista de su integración.
  6. 6. 6 BALANCE La oferta y la demanda no se dan al mismo tiempo + la electricidad es difícil y cara de almacenar  realizar un balance planificado, a varios niveles, integrando datos técnicos y económicos, como: • Resultados del mercado. Priorizando la generación más económica • La capacidad de las instalaciones de generación y consumo para adaptarse a modificaciones en su estado de servicio • La capacidad de la red transporte para manejar la combinación de generación y consumo resultante • Las necesidades de reservas (back-up) para la seguridad del sistema ante incidencias TAREAS MÁS SENCILLAS EN FUNCIÓN DE LA FLEXIBILIDAD LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO La oferta y la demanda no se dan en el mismo lugar geográfico  Necesidad de transportar la electricidad  Redes de transporte y distribución Balancing electricity supply and demand across different time horizons. Source: Imperial London College 2016
  7. 7. 7 A pesar de la planificación, con frecuencia se producen incidencias de generación, en el transporte o en la demanda. Para afrontar estas incidencias las TSOs necesitan tener en reserva capacidades de diverso tipo. La reserva de capacidad (instalaciones que pueden entrar en servicio en un tiempo corto) es otro “Servicio de Flexibilidad”, al igual que el dado por ciertos generadores capaces de modificar el factor de potencia o contribuir al sostenimiento de la frecuencia. Source: Scenario Outlook & Adequacy Forecasts ENTSO-E 2015 RL = L – varRES(wind+solar) – must run Flexibility demand in extreme conditions Estos números indican el límite superior para las rampas de carga residual por hora durante las peores nueve horas (8760 × 0,1% ~ 9 horas) dentro de los 14 años climáticos analizados. Escenario simulado 2020-B Francia, UK y España están seriamente afectadas por las peores 9 horas de rampa France Great Britain Spain CALIDAD Y SEGURIDAD DEL SUMINISTRO System frequency evolution after a contingency Source: National Grid
  8. 8. 8 DIFICULTADES DE INTEGRACIÓN • Generación inflexible: p.e.: sólo cuando hay recurso renovable (eólica, PV), funcionamiento continuo (nuclear) • Impredecible: difícil de programar (p.e. eólica) • Ausencia de inercia • Disparo en huecos de tensión • No contribución al sostenimiento de los parámetros del sistema o a su estabilidad • No se despacha centralizadamente System Inegration Cost of wind as Function of Total wind penetration. Source: Imperial College London Las dificultades de integración pueden ser distintas dependiendo de las tecnologías, el grado de penetración y otras variables. Es importante medir el valor de la energía que se genera más que el precio, al comparar tecnologías más o menos flexibles. Directamente relacionado con los costes de los servicios de flexibilidad.
  9. 9. 9 SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD Los SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD son las principales “herramientas” que permiten asegurar la seguridad y calidad del suministro: • Flexibilidad en la generación: • Potencia y su variación • Tensión • Frecuencia • Factor de potencia • La flexibilidad en la demanda, especialmente que sea interrumpible o modulable, de forma voluntaria o forzosa (load shedding) • El transporte y la distribución, buscando su robustez y capacidad para permitir utilizar plenamente los recursos del sistema y ampliar las fronteras de éste mediante integración con otros sistemas • El almacenamiento, tanto localizado como de gran escala
  10. 10. 10 COSTES DE LOS SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD Ya existen estudios cuantificando los costes de integración de las distintas renovables intermitentes para distintos escenarios de flexibilidad del sistema. - Inversión en back-up - Servicios complementarios para operación Estudio “WHOLE SYSTEM COST OF VARIABLE RENEWABLES IN FUTURE GB ELECTRICITY SYSTEM” realizado por la consultora Imperial College London. SIC of offshore wind, onshore wind and Solar PV compared to nuclear across all scenarios.Source: Imperial College London 2016 Value of Flexible generation with 10 minute vs. Hourly modelling. Source: Imperial College London 2016 Planta Fotovoltaica Lesedi Sudáfrica
  11. 11. 11 CÓMO AUMENTAR LA FLEXIBILIDAD DE LA GENERACIÓN: ALMACENAMIENTO E HIBRIDACIÓN GRIDSOL Project. • Smart Renewable Hubs for Flexible Generation • Solar Grid Stability • Combinación de energías renovables que entran en operación de manera flexible en función de las necesidades del sistema (mercados de flexibilidad) • Hibridación, almacenamiento y DOME (Control) elementos claves de la integración • Back-up propio Nuevo concepto de configuración de plantas CSP.
  12. 12. 12 FLEXIBILIDAD DE LA DEMANDA Y ALMACENAMIENTO Impact of Distributed Solar PV on Network Cost with Different Levels of Energy Storage. Source: MIT Fuente: Lazard (2015). Levelized cost of storage calculations assume 10 years project life, 1 MW, 4MWh battery, 350 cycles per year at 100 percent depth of discharge, and $50 per MWh cost of charging. Diesel generator cost are provided for comparision EV Penetration for Spain Levelized Cost of Storage (Dollar per Megawatt-hour) for Various Technologies in Commercial and Industrial Applications • La Gestión de la Demanda puede ser un factor de flexibilidad muy importante, especialmente en relación con las TIC, en unos pocos años • Los costes de las tecnologías de almacenamiento de energía oscilan en un rango muy amplio y son caros de momento, pero es probable que haya una reducción de costes y mejora de prestaciones en pocos años. • La expansión de los VEs puede suponer un empujón simultáneo para los dos mecanismos de flexibilidad
  13. 13. 13 Transmisión • Redes nacionales: la eliminación de cuellos de botella permite mejorar la flexibilidad del sistema • Conexiones transfronterizas: principal objetivo es el apoyo mutuo en caso de incidencias o grandes desviaciones imprevisibles • Redes Pan-Europeas (E-highways): transporte de grandes cantidades de renovables; proporcionar/compartir potencia de respaldo ante fluctuaciones de las renovables; facilitar la ubicación de las renovables donde sea más económico, facilitando la sostenibilidad económica de la descarbonización de los sistemas eléctricos BRITIB Las líneas aéreas cada vez se encuentran con más resistencia de las poblaciones afectadas. La tecnología HVDC, las líneas subterráneas, y sobre todo, los grandes E-highways submarinos, deben permitir compartir recursos de generación y flexibilidad, y hacer posible una mayor integración de renovables a costes razonables TRANSMISIÓN
  14. 14. 14 Evolución Tecnológica vs Amortización de la Inversión La evolución tecnológica siempre se produce de forma que las inversiones en equipos o en industrias manufactureras pueden quedarse económicamente obsoletas antes de su amortización. Lo novedoso, es la velocidad y la frecuencia con que se produce esta obsolescencia, de forma que en pocos años el panorama de la industria cambia completamente. Las primeras centrales hidroeléctricas, o incluso las nucleares, han llegado a su amortización contable antes de que eclosionen tecnologías renovables, en particular la solar y la eólica, cuyos costes se reducen más rápidamente de lo anticipado. Cabe suponer que estas reducciones se sigan produciendo, si bien a un ritmo relativamente menor, pero en todo caso en periodos temporales alejados de los plazos de recuperación de inversiones, de 15 a 20 años, que hasta ahora se consideraban razonables. Las incertidumbres regulatorias y de planificación pública se añaden a las tecnológicas a la hora de tomar decisiones de inversión Impact of Pricing Rules on Investment Decisions in a Simulated System Fuente: Estudio “Utility of the Future. 2016. MIT ie
  15. 15. 15 Legislación para el nuevo diseño del Mercado Eléctrico Package with 9 Proposals Propuestas Energía Limpia Funcionamiento del Mercado Eléctrico Rol del ACER • Regulation on the Electricity Market Design • Directive on Common Rules for the Internal Market in Electricity • Regulation Establishing an Agency for the Cooperation of Energy Regulators • Regulation on the Governance of the Energy Union • Directive on the Promotion of the Use of Energy from RES • Energy Efficiency Directive • Energy Performance of Buildings Directive • Risk Preparedness Regulation • Outcome of Sector Inquiry into Nacional Capacity Mechanisms Gobernanza RES Eficiencia Seguridad del Suministro Otras Propuestas Diseño del Mercado Eléctrico Europeo. WINTER PACKAGE
  16. 16. SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD Y BALANCE: REFLEXIONES FINALES Valor de la Flexibilidad. La fotovoltaica y la eólica terrestre (en función del recurso), son plenamente competitivas. Otras tecnologías, como la termosolar con almacenamiento e hibridación, de momento algo más caras, tienen la capacidad intrínseca de añadir flexibilidad al sistema, proporcionando más valor a su producción Principales Mecanismos de Flexibilidad. Además de la flexibilidad de las plantas generadoras: 1. la gestión de la demanda 2. el almacenamiento y 3. el aumento del tamaño de los sistemas eléctricos mejorando el mallado y la interconexión con otros sistemas Incertidumbre y decisión de inversión. Enormes incertidumbres, debidas a factores que se realimentan entre sí: evolución de la demanda, aceleración en los cambios tecnológicos, intensidad en la lucha contra el cambio climático, cambios regulatorios, prioridad de despacho, tratamiento del “curtailment” … que hacen muy difícil la toma de decisiones de inversión en muchos sistemas Desarrollo regulatorio. “Winter Package” Su desarrollo legal, su aceptación y trasposición por las autoridades de los EM condicionará el éxito de los objetivos de la UE en este campo, vital para el futuro de los sistemas eléctricos europeos y mercado único de la electricidad Aspiración a alta penetración de renovables intermitentes. En estos sistemas, la regulación debe proporcionar las señales económicas necesarias para invertir en: 1. nueva generación renovable más flexible 2. mejoras de la flexibilidad de las plantas existentes y 3. nuevos activos de flexibilidad (almacenamientos, interconectores, infraestrutura de gestión de la demanda) buscando un equilibrio razonable entre costes de mercado y estabilidad en los ingresos de los proyectos Servicios de Flexibilidad. La necesidad aumenta exponencialmente a partir de un cierto nivel de participación de las renovables intermitentes, como la solar fotovoltaica y la eólica
  17. 17. Alberto R Rocha ACS Servicios, Comunicaciones y Energía Director Innovación y Desarrollo de Negocio arocha@grupocobra.com World Leaders in infrastructures…

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