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

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

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

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

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

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

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

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

Generación renovable. TermosolarConcentrada, 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

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

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

Generación renovable. Eólica Off-shore. FLOCAN 5

Patente nacional concedidaESTRUCTURA 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

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

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

HIDRÁULICA (fluyente). INGA: Un proyecto único

Capex ~$11 bn

Power 4.800 MW OHL length 1,700 km

Constr. time 6 years

16

Mejor en cogeneraciónHuella 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

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 limitadoMini-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

Industria/MineríaBastantes posibilidades, dependiendo del tipo de industria: interrumpibilidad, especialmente parcial y limitada en el tiempo.

Flexibilidad en la Demanda.

Distribución / ComercialEn general, difícil y poco significativa

TransportePuede ser significativa en transporte ferroviario (reuso de la energía de frenada). Especialmente ayudaría el que hubiese flotas de autobuses y vehículos eléctricos

Doméstica/UrbanaHay 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

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

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, através de varias de sus empresas, y actualmente participa en proyectos de innovaciónpara el desarrollo e impulso de este reto con las principales distribuidoras eléctricas.

21

Lotes 1 y 2. UTE Luz Madrid Centro y UTE Luz Madrid Este.Plazo de ejecución de 8 años. A partir de 21/04/2014En 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 luz865 centros de mando

Gestionados desde Centro de control

75.622 Puntos de luz930 centros de mando

Gestionados desde Centro de control

Gestión de la Movilidad

868 Reguladores semafóricosGestionados desde Centro de control

598 Reguladores semafóricosGestionados desde Centro de control

Túneles30 túneles

15 centralizados y 15 a centralizar> 23.000 ml de recorrido

--

I.H.O. --

432 instalaciones173.000 m2 lámina de agua

641 bombas304 con instalación de alumbrado

Con las medidas a implementar en este periodo se prevén ahorros enAlumbrado Público de alrededor un 38,9% y en Infraestructuras HidráulicasOrnamentales del 22,6%

Los servicios públicos pueden contribuir más a la eficienciay a la gestión de la demanda

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 potencialcomo 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

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

Conclusiones

La flexibilidad es requisito para un alto grado de descarbonización sostenible de los sistemaseléctricos. Existe la tecnología básica para conseguir esta flexibilidad actuando sobre todos losfactores:

1. En las tecnologías de generación, especialmente en las renovables, queda amplio margen de mejorapor evolución tecnológica, tanto en las plantas propiamente dichas como cuando se consideran en suconjunto: electrónica de potencia, meteorología avanzada, almacenamientos “internos”, etc.

2. En gestión de la demanda hay mucho que hacer, y hay tecnología disponible para hacerlo coninversiones razonables: contadores digitales, “internet de las cosas”, VE, smart grids en que confluyendemanda, generación y almacenamiento, …

3. La transmisión a larga distancia de grandes volúmenes de energía es clave para acomodar de formaeconómicamente 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 almacenestérmicos de la termosolar, es todavía demasiado caro, pero avanza a buen ritmo, y es probable queempiece a ser comercialmente atractivo en pocos años

MUCHAS GRACIAS

José Alfonso Nebrera

ACS Servicios, Comunicaciones y Energía

Director General

janebrera@acsindustria.com

World Leaders in infrastructures…