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Flexibilidad en los sistemas
eléctricos
IV Simposio Empresarial Internacional FUNSEAM
El principal desafío hacia la sosten...
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ALMACENAMIENTO
Flexibilidad. Futuro y Viabilidad de los sistemas eléctricos
 Integración de crecientes proporciones de ...
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La Perspectiva desde ACS SCE
ACS SCE: Ingeniería aplicada a un amplio espectro de infraestructuras energéticas y relacio...
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Generación fósil: gas natural (1)
 Ciclo simple: usado especialmente para cubrir picos de demanda.
 Baja eficiencia re...
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Generación fósil: gas natural (2)
 Los CCs tienen una gran capacidad de proporcionar servicios de flexibilidad a los si...
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Generación Fósil: Nuclear
 En operación: Muy bajas emisiones, coste muy atractivo tras amortización, extensión vida úti...
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Generación Fósil: Carbón
 Coste emisiones, especialmente con calidades inferiores
 Flexibilidad: buena inercia, contro...
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 Probablemente, la fuente renovable menos flexible y más incómoda para el sistema: entra (o no, si ese día
toca neblina...
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Generación renovable. Termosolar
Concentrada, ubicada donde existen condiciones adecuadas
 Muy flexible si hay recurso,...
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Hibridación. PV + CSP + Almacenamiento
Aumenta la eficiencia y reduce costes. Facilita el control de la potencia activ...
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Generación renovable. Eólica Onshore. Off-shore.
Concentrada, ubicada donde existen condiciones adecuadas
• No gestiona...
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Generación renovable. Eólica Off-shore. FLOCAN 5
Patente nacional concedida
ESTRUCTURA SUMERGIBLE DE SOPORTE ACTIVO PAR...
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Generación renovable. Hidroeléctrica
Concentrada, ubicada donde existen condiciones adecuadas
 Excelente flexibilidad ...
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 Predecible pero no gestionable
 Estacional / Escaso potencial en muchos sistemas . FIRMEZA?
 Actualmente tenemos má...
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HIDRÁULICA (fluyente). INGA: Un proyecto único
Capex ~$11 bn
Power 4.800 MW OHL length 1,700 km
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 Mejor en cogeneración
 Huella ambiental real?
 Similar al carbón: mucha inercia a las rampas, dificultad de entrada...
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PV (tejado): mismo problema que la gran PV;
Está por ver el interés económico de su asociación con almacenamiento (TE...
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Industria/Minería
Bastantes posibilidades, dependiendo del tipo de industria: interrumpibilidad,
especialmente parcial...
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Transmisión
 Redes nacionales: la eliminación de cuellos de botella permite
mejorar la flexibilidad del sistema
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Distribución/Comercialización/Gestión de Recarga de VEs/
Smart Grids
Se define SMART GRID a la integración dinámica de ...
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Lotes 1 y 2. UTE Luz Madrid Centro y UTE Luz Madrid Este.
Plazo de ejecución de 8 años. A partir de 21/04/2014
En dicha...
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CAPACIDADES SISTEMA GIC
Inteligencia para poder realizar una gestión eficaz de la
demanda
Flexibilidad, para poder in...
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Almacenamiento
Almacenamiento Vallesol 1
La aparición/ generalización de tecnologías de almacenamiento a gran
escala en...
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Conclusiones
La flexibilidad es requisito para un alto grado de descarbonización sostenible de los sistemas
eléctricos....
MUCHAS GRACIAS
José Alfonso Nebrera
ACS Servicios, Comunicaciones y Energía
Director General
janebrera@acsindustria.com
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El valor y el coste de la gestionabilidad y la firmeza de las tecnologías de generación con fuentes renovables: el papel del almacenamiento y la Supergrid

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José Alfonso Nebrera, Director General de ACS Servicios, Comunicaciones y Energía
Mesa 1: El objetivo de la sostenibilidad en las empresas energéticas
IV Simposio Empresarial Internacional Funseam: El Sector energético frente a los retos del 2030
Barcelona, 1 de Febrero de 2016

Published in: Environment
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El valor y el coste de la gestionabilidad y la firmeza de las tecnologías de generación con fuentes renovables: el papel del almacenamiento y la Supergrid

  1. 1. Flexibilidad en los sistemas eléctricos IV Simposio Empresarial Internacional FUNSEAM El principal desafío hacia la sostenibilidad, visto desde ACS SCE José A. Nebrera. ACS SCE
  2. 2. 2 ALMACENAMIENTO Flexibilidad. Futuro y Viabilidad de los sistemas eléctricos  Integración de crecientes proporciones de renovables en el mix de generación  Generación distribuida, autoconsumo, smart grids  Evolución acelerada de la tecnología en todos los campos  Integración de redes y mercados a nivel regional y continental; en Europa, Energy Union GENERACIÓN DEMANDA TRANSMISIÓN FLEXIBILIDAD
  3. 3. 3 La Perspectiva desde ACS SCE ACS SCE: Ingeniería aplicada a un amplio espectro de infraestructuras energéticas y relacionadas con la sostenibilidad, movilidad, agua, TICs Ciclo Combinado. BremenCrescent Dunes. Termosolar Gestión Integral y energética Madrid. SICE, ETRACentro de Gestión de la DGT de Palma de Mallorca. ETRA
  4. 4. 4 Generación fósil: gas natural (1)  Ciclo simple: usado especialmente para cubrir picos de demanda.  Baja eficiencia relativa, coste variable dependiente del combustible utilizado, con incertidumbres a medio y largo plazo (incluyendo la del coste de emisiones)  Ciclo combinado: buen rendimiento; coste depende de utilización; papel futuro de back-up de renovables (¿a qué escala territorial?) Ciclo Combinado de Mittelsbüren Bremen. Cobra. Cliente SWB Ciclo Simple. Eten. Perú (Régimen Concesional)
  5. 5. 5 Generación fósil: gas natural (2)  Los CCs tienen una gran capacidad de proporcionar servicios de flexibilidad a los sistemas eléctricos: inercia (frecuencia, respuesta a huecos de tensión), regulación reactiva, rampa de entrada y salida…  El uso del gas natural será necesario durante algunos decenios, especialmente en áreas aisladas con escaso potencial de recursos renovables (i.e. Japón) donde otras soluciones de flexibilidad son complejas. Atención a la evolución de los precios del gas y al coste de emisiones  Capacidad de hibridación con renovables (p.e. Termosolar, concepto HYSOL de Cobra) Diagramas del Prototipo de Hibridación de energía solar con Gas Natural o Biogás.
  6. 6. 6 Generación Fósil: Nuclear  En operación: Muy bajas emisiones, coste muy atractivo tras amortización, extensión vida útil  Nuevas: Sensibilidad opinión pública, incertidumbre costes y plazos de construcción, provisiones para desmantelamiento y custodia residuos  Plantas a desmantelar en Europa  Nuevas plantas: China, Golfo, RSA…  Flexibilidad: Inercia, control frecuencia, reactiva… difícil entrada-salida, tamaño en relación con el del sistema, en caso de parada no programada (ver p.e. Bélgica) Panorámica Central Nuclear Almaraz Central Nuclear Trillo
  7. 7. 7 Generación Fósil: Carbón  Coste emisiones, especialmente con calidades inferiores  Flexibilidad: buena inercia, control frecuencia, reactiva. Baja flexibilidad en rampas de entrada y salida Central Térmica de Carbón. Mejillones, Chile. Cliente GDF Suez
  8. 8. 8  Probablemente, la fuente renovable menos flexible y más incómoda para el sistema: entra (o no, si ese día toca neblina matinal imprevisible) y sale casi a la vez en un amplio territorio; muy estacional… pero muy económica  Puede mejorar algo con electrónica de potencia Generación renovable. PV Concentrada Ubicada donde existen condiciones adecuadas: irradiación, terreno Planta Fotovoltaica Lesedi Sudáfrica Planta Fotovoltaica Letsatsi Sudáfrica
  9. 9. 9 Generación renovable. Termosolar Concentrada, ubicada donde existen condiciones adecuadas  Muy flexible si hay recurso, gracias al almacenamiento  Buena inercia, capacidad de apoyar frecuencia, control reactiva  Rampas rápidas de entrada salida  Fácil de hibridar con turbina de gas, componiendo un ciclo combinado virtual con el concepto HYSOL  Estacionalidad, pero posibilidad de firmeza a través de la hibridación Planta Termosolar Crescent Dunes. Tonopah, Desierto de Nevada. USA
  10. 10. 10 Hibridación. PV + CSP + Almacenamiento Aumenta la eficiencia y reduce costes. Facilita el control de la potencia activa y reactiva. La producción de la central es adaptable a la curva de demanda eléctrica de un país. Máxima Flexibilidad Operativa  Electricidad firme y gestionable. Nuevo concepto de configuración de plantas CSP.
  11. 11. 11 Generación renovable. Eólica Onshore. Off-shore. Concentrada, ubicada donde existen condiciones adecuadas • No gestionables, aunque, gracias a los avances tecnológicos, cada vez más predecibles • A mayor participación en el mix, más predecible en el conjunto de los parques de un territorio • Aunque su entrada puede ocasionar grandes necesidades de flexibilidad, al entrar y salir con rampas muy pronunciadas, es algo menos difícil que la PV, sobre todo en amplios territorios (transmisión a larga distancia) • Estacional, mucho menos viento en verano Parque eólico “Los Cocos”. República Dominicana
  12. 12. 12 Generación renovable. Eólica Off-shore. FLOCAN 5 Patente nacional concedida ESTRUCTURA SUMERGIBLE DE SOPORTE ACTIVO PARA TORRES DE GENERADORES Y SUBESTACIONES O ELEMENTOS SIMILARES, EN INSTALACIONES MARÍTIMAS Ensayos en el Canal del Pardo del Prototipo FLOCAN  En rápido proceso de reducción de costes  Futuro prometedor para la flotante  Muy buena predictibilidad
  13. 13. 13 Generación renovable. Hidroeléctrica Concentrada, ubicada donde existen condiciones adecuadas  Excelente flexibilidad (si tiene embalse)  Escasez de buenos emplazamientos  Noruega, transmisión Central Hidráulica RENACE II Central Hidráulica Montelirio. Vista del Azud
  14. 14. 14  Predecible pero no gestionable  Estacional / Escaso potencial en muchos sistemas . FIRMEZA?  Actualmente tenemos más de 15 proyectos en marcha (mayoritariamente en Latinoamérica)  Sólo en Europa hay 14 mil pequeñas centrales hidroeléctricas en funcionamiento.  Gran potencial por explotar en países emergentes con buenas condiciones climatológicas y orográficas. Generación renovable. Minihidroeléctrica (fluyente) Central Minihidroeléctrica. “Las Perlas” 11 MW. Panamá Central Minihidroeléctrica. De Anillo. Unión Fenosa. 8 MW. España
  15. 15. 15 HIDRÁULICA (fluyente). INGA: Un proyecto único Capex ~$11 bn Power 4.800 MW OHL length 1,700 km Constr. time 6 years
  16. 16. 16  Mejor en cogeneración  Huella ambiental real?  Similar al carbón: mucha inercia a las rampas, dificultad de entrada-salida Generación renovable. BIOMASA Planta de Biomasa. Bagazo de caña de azúcar. San Pedro, República Dominicana.
  17. 17. 17 PV (tejado): mismo problema que la gran PV; Está por ver el interés económico de su asociación con almacenamiento (TESLA) Mini-eólica: de momento, mercado muy limitado Mini-almacenamiento: costes? Merecerá la pena alguna vez? Nada clara la rentabilidad de pequeñas unidades de generación eléctrica con Biomasa, Biocarburantes? (necesidad de desarrollo de los biocarburantes de 2º y 3º generación) Más viable en países muy fríos con biomasa muy barata, Generación asociada a “district heating” poco flexible, mandan las necesidades de calefacción Cogeneración Industrial: igual, mandan las necesidades de calor. Generación Distribuida. Cerca del punto de Consumo  Reduce las pérdidas en la red eléctrica, al menos teóricamente. Redes de transporte más cortas, reducción de pérdidas y ahorros relacionados con la elevación de tensión  Puede mejorar la fiabilidad y la calidad del sistema, si está integrada y controlada  Potencias reducidas  De momento necesita Back – up y/o almacenamiento local No obstante: Planta de Cogeneración Cervecera. República Dominicana
  18. 18. 18 Industria/Minería Bastantes posibilidades, dependiendo del tipo de industria: interrumpibilidad, especialmente parcial y limitada en el tiempo. Flexibilidad en la Demanda. Distribución / Comercial En general, difícil y poco significativa Transporte Puede ser significativa en transporte ferroviario (reuso de la energía de frenada). Especialmente ayudaría el que hubiese flotas de autobuses y vehículos eléctricos Doméstica/Urbana Hay posibilidades interesantes relacionadas con “el internet de las cosas”, la telegestión de contadores, las Smart Cities (p.e. alumbrado público)… La filial Servicios Auxiliares de Cobra Instalaciones y Servicios. S.A. ha ejecutado algo más de 1,5 MM de órdenes de servicio de cambio de contadores antiguos por nuevos de telegestión. Al servicio de las Distribuidoras, y en cumplimiento de la nueva regulación europea y española…
  19. 19. 19 Transmisión  Redes nacionales: la eliminación de cuellos de botella permite mejorar la flexibilidad del sistema  Conexiones transfronterizas: principal objetivo hasta ahora ha sido el apoyo mutuo en caso de incidencias o grandes desviaciones imprevistas  Redes Pan-Europeas (e-Highways): (i) transporte de grandes cantidades de renovables; (ii) proporcionar/compartir potencia de respaldo ante fluctuaciones de las renovables; (iii) facilitar la ubicación de las renovables donde sea más económico, facilitando la sostenibilidad económica del proceso de descarbonización de los sistemas eléctricos BRITIB Cobra colabora con REE en el diseño y desarrollo de equipamiento de electrónica de potencia, destinado a flexibilizar la red eléctrica, mejorando la capacidad de transporte, eficiencia y calidad de suministro. Para ello, REE se apoya en la experiencia de Cobra como integrador de soluciones avanzadas para la red de transporte, y para la especificación e ingeniería de sistemas auxiliares.
  20. 20. 20 Distribución/Comercialización/Gestión de Recarga de VEs/ Smart Grids Se define SMART GRID a la integración dinámica de la ingeniería eléctrica y las TIC’s dentro del negocio de la energía eléctrica, permitiendo que las áreas de coordinación de protecciones, control, instrumentación, medida, calidad y administración de energía, etc., sean conectadas en un solo sistema de gestión con el objetivo primordial de realizar un uso eficiente y racional de la energía. ACS - SCE dentro de una SMART GRID tiene presencia y actividad en todas las áreas, a través de varias de sus empresas, y actualmente participa en proyectos de innovación para el desarrollo e impulso de este reto con las principales distribuidoras eléctricas.
  21. 21. 21 Lotes 1 y 2. UTE Luz Madrid Centro y UTE Luz Madrid Este. Plazo de ejecución de 8 años. A partir de 21/04/2014 En dichas adjudicaciones se realizan tareas de  Mantenimiento y gestión del alumbrado público y los sistemas de control de la movilidad por instalaciones de semáforos.  Mantenimiento y gestión de los sistemas de los túneles de toda la ciudad.  Mantenimiento y gestión de la totalidad de las instalaciones hidráulicas ornamentales adscritas al contrato en el término municipal. Gestión de la Demanda. Instalaciones Urbanas Lote 1: LUZMADRID CENTRO Lote 2: LUZMADRID OESTE Alumbrado Público 79.943 Puntos de luz 865 centros de mando Gestionados desde Centro de control 75.622 Puntos de luz 930 centros de mando Gestionados desde Centro de control Gestión de la Movilidad 868 Reguladores semafóricos Gestionados desde Centro de control 598 Reguladoressemafóricos Gestionados desde Centro de control Túneles 30 túneles 15 centralizados y 15 a centralizar > 23.000 ml de recorrido -- I.H.O. -- 432 instalaciones 173.000 m2 lámina de agua 641 bombas 304 con instalación de alumbrado Con las medidas a implementar en este periodo se prevén ahorros en Alumbrado Público de alrededor un 38,9% y en Infraestructuras Hidráulicas Ornamentales del 22,6% Los servicios públicos pueden contribuir más a la eficiencia y a la gestión de la demanda
  22. 22. 22 CAPACIDADES SISTEMA GIC Inteligencia para poder realizar una gestión eficaz de la demanda Flexibilidad, para poder incorporar en el futuro funcionalidades que no están actualmente disponibles. Seguridad, para dotar de fiabilidad al sistema. Robustez, para seguir funcionando de manera eficaz a pesar de la incorporación de externalidades. Estandarización, para permitir una libertad de recarga a lo largo de todo un territorio. La gestión de recarga (y eventualmente, la utilización de las baterías como almacenamiento o V2G) tiene un gran potencial como suministrador de servicios de flexibilidad. Vehículos Eléctricos. Gestión de recarga. GIC es el fruto de la experiencia adquirida por ACS y sus filiales en los últimos años en el desarrollo de infraestructuras para vehículos eléctricos:  ACS ha participado activamente en el estudio de las posibles soluciones para dotar a España de las necesarias infraestructuras para vehículos eléctricos.  Fue miembro de los grupos de trabajo convocados por el Ministerio de Industria para la redacción de la Estrategia Integral para el impulso del Vehículo Eléctrico en España.  ACS colabora activamente con los principales fabricantes de vehículos, apoyando numerosas iniciativas de movilidad sostenible
  23. 23. 23 Almacenamiento Almacenamiento Vallesol 1 La aparición/ generalización de tecnologías de almacenamiento a gran escala en condiciones económicas y ambientales aceptables cambiaría por completo el panorama de la descarbonización sostenible, acelerando sustancialmente el cambio de paradigma  Almacenamiento en el punto de origen (eólica, PV)  Almacenamiento en nodos de consumo  Uso del almacenamiento en sales de las termosolares (bajo rendimiento)  Compartir grandes capacidades de almacenamiento a escala europea Hidroeléctrica Noruega) La reducción de costes del almacenamiento a pequeña escala contribuirá a aumentar la flexibilidad de ciertas tecnologías de generación (p.e. PV). Las diferentes tecnologías de almacenamiento, con la excepción del bombeo, son de momento caras y/o ineficientes:  A gran Escala: Hidroeléctrica reversible (Bombeo) y Térmico  En redes: Pilas, Baterías Condensadores, supercondensadores y volantes de inercia  A nivel de usuario final: Baterías, supercondensadores y volantes de inercia.
  24. 24. 24 Conclusiones La flexibilidad es requisito para un alto grado de descarbonización sostenible de los sistemas eléctricos. Existe la tecnología básica para conseguir esta flexibilidad actuando sobre todos los factores: 1. En las tecnologías de generación, especialmente en las renovables, queda amplio margen de mejora por evolución tecnológica, tanto en las plantas propiamente dichas como cuando se consideran en su conjunto: electrónica de potencia, meteorología avanzada, almacenamientos “internos”, etc. 2. En gestión de la demanda hay mucho que hacer, y hay tecnología disponible para hacerlo con inversiones razonables: contadores digitales, “internet de las cosas”, VE, smart grids en que confluyen demanda, generación y almacenamiento, … 3. La transmisión a larga distancia de grandes volúmenes de energía es clave para acomodar de forma económicamente atractiva un gran porcentaje de renovables en el mix, especialmente hidroeléctrica, eólica y termosolar: HVDC, Statcoms, redes de continua… 4. El almacenamiento fuera del bombeo, y con la salvedad de la posible utilización de los almacenes térmicos de la termosolar, es todavía demasiado caro, pero avanza a buen ritmo, y es probable que empiece a ser comercialmente atractivo en pocos años
  25. 25. MUCHAS GRACIAS José Alfonso Nebrera ACS Servicios, Comunicaciones y Energía Director General janebrera@acsindustria.com World Leaders in infrastructures…

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