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Zaragoza, marzo 2017
“El almacenamiento de la electricidad” (una oportunidad para el desarrollo innovador y de negocio)
Joan Ramón Morante IREC, Institut de Recerca en Energia de Catalunya
y
Universitat de Barcelona
Zaragoza, marzo 2017
Disponibilidad inmediata de energía
¿Que implica?
Zaragoza, marzo 2017
Zaragoza, marzo 2017
Zaragoza, marzo 2017
Nueva cadena de valores eléctricos con almacenamiento de energía con una “sexta dimensión“
ALMACENAMIENTO
DISTRIBUIDO DE ENERGIA
INTEGRACION DE
ENERGIA RENOVABABLES
• servicios particularizados
• precios particularizados
• nuevas estrategias para servicios
• servicios privatizados
Gastos de generación de la energía: variable dependiendo
del consumo
Gastos de transporte y distribución: fijos a repartir
Distributed Energy
Storage Systems
RENEWABLE
ENERGY
INTEGRATION Climatic change
CO2 emissions
Zaragoza, marzo 2017
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
ENERGY STORAGE
In front of an Intermittent and fluctuant renewable energies: ONE CHALLENGE: HOW STORE ENERGY?
SOURCE: IREC
Selected energy densities
New Batteries?
HOW PRODUCE SYNTHETIC FUELS OR ADDED VALUES CHEMICALS?
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
Zaragoza, marzo 2017
Zaragoza, marzo 2017
Sistema hidráulico de
bombeo en Aguayo
Santander (Spain)
Rango de Potencia: 100-5000 MW Rango de Energía: 1-24h Tiempo de repsuesta : s-min Densidad de Energía: 0,04Wh/l-1,5Wh/l Autodescarga: 0%/day Temperatura de operación: >0ºC Eficiencia 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)
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)
Zaragoza, marzo 2017
Metano sintetico
biometano
Zaragoza, marzo 2017
Zaragoza, marzo 2017
- Ofrecer recarga de la batería durante almenos 4000 ciclos al 80% DOD (profundidad de descarga) en condiciones típicas de BEV durante entre 10 a 15 años, manteniendo densidades de energía de almenos 250 Wh/kg durante su tiempo de vida y permitiendo una reducción considerable del “efecto memoria” de la batería
- Alcanzar viabilidad económica y realizabilidad tecnológica de
materiales avanzados - Mejora de las capacidades de baterías producidas actualmente en
la UE - Uso de materiales sostenibles mediambientalmente y
economicamente.
Requerimientos de la Unión Europea para Baterías de Vehículos Eléctricos:
From 2014 Total Battery Consulting, Inc.
Sevilla, febrero 2016
El precio oscila entre los
10.000 y 15.000 $.
Dos modelos, 7 kWh y otro
de 15 kWh.
Tesla ofrecerá facilidades de
compra, una entrada de
1.500 $ y 15 $ mensuales
durante 20 años.
Gracias a este alquiler el
precio se reducirá
dramáticamente.
Baterias de flujo redox como una solución versátil al almacenamiento estacionario
~ 10KWh
BAPV + BIPV
+ Other renewals sources
CONCEPT: Energy Storage Smart
System for End Users
Grid Smart Metering
E Storage
Smart
Power
Electronic
Conditioner
http://www.volterion.com/eng-1/
Module for 2 kW Power
Automatic optimization of self consumption
complete process integration
compact size
Tanks/ housing / electrolyte custom designed
Prototipos comerciales para almacenamiento estacionario y movilidad
Beyond Lithium-ion batteries: Baterías de flujo
Beyond Lithium-ion batteries: Baterías de flujo
PNNL 1.2-kW/1-kWh all-
vanadium redox flow
battery.
(a) Stack with balance of
plant.
(b) Stack
The Isle of Gigha and the Application
• Community owned Wind
• Population ~150
• Tourism, Farming, Brewing
• Renewables potential
• Sub-sea cable
• One of the longest 11 kV feeders to mainland
• Remote and wild
The Isle of Gigha and the Application
Current position: • New (4th) wind turbine installed - exceeds T&D limits • 330 kW constrained to 225 kW at 0.85 p.f. • Line capacity upgrades not yet available • Lose 3 GWh over asset life
Primary objective: • Constrained energy recovery with on-
peak dispatch • Enhanced FIT benefit • Opportunity to increase RE generation by
30%
REDT
Integration of 1 MW/5 MWh of flow battery system for
load leveling and peak shaving at Sumitomo Yokohama Works.
(Photo Sumitomo Electric Company.
R. Darling et al. EES (2014)
Fin de semana
Intermedia
Carga Punta
Base
Eólica
Fotovoltaica Demanda
Solar concentración
Carga
21% renovables
EXCESO DE ENERGIA
Consumo
representativo en una
semana
60% renovables
Energía eólica
Energía solar
Sin renovables
ELECTRICIDAD GAS
P2G ( Power to Gas): almacenamiento químico para utilizar
a) excedentes de producción de energía renovables
b) fuentes de carbono de origen biogénico
c) P2L frente P2G
eficiencia económica y energética
Energía eléctrica a gas (P2G) con inyección en la red de gas es una de
las mejores soluciones para tener capacidad de almacenamiento de
larga duración
http://www.grtgaz.com/fileadmin/transition_energetique/documents/hydrogene_et_reseau_e-
cube_GRTgaz.pdf
http://www.grtgaz.com/fileadmin/engagements/documents/fr/Power-to-Gas-etude-ADEME-GRTgaz-GrDF-
complete.pdf
Methanation: Solar Hydrogen +CO2
Renewable energy +feed stocks (H2, CO2)
100%
Feed stocks managements
95% Efficiency 95%; loss 5%
Methanation
76% Efficiency 80%; loss 19%
Compressor, storage and CH4 pipe
74,5% Efficiency 98,5%; loss 1.5%
Gas transport (500Km)
Efficiency 99,55%, loss 0,37%
74,1% Methanation: Solar
Hydrogen+CO2
44
Instalación de
1 MWel Inyección de hasta
200m3/h
Producción de hasta
25m3/h
2017/2018
Proyecto Jupiter 1000 Planta en el puerto de Fos sur Mer cerca de
Marsella (Francia)
CO2
CH4
Audi g-tron CH4
Power-to-gas: Linking of the electricity and mobility sector by Audi e-gas plant
Function of the Audi e-gas Project
electricity
Electrolysis
H2
Methanation
Gas power station
Gas grid:
CH4 = natural
gas for
heating,
mobility,
power
generation
CH4 = e-gas
Strom
Audi´s first plant:
CO2 from residues based biogas plant
CO2
CO2 + CH4
Gas-injection
CH4 = Biomethan
Fuente: ETOGAS, Audi
Proyecto P2G de ETOGAS para AUDI en Werlte (Alemania): Planta de 6.3MWel
Electrolyzer hall One of three 2MWel
electrolyzers Methanation reactor
Power-to-Gas: Audi e-gas plant in Werlte (Germany)
biogas plant on the right, 330 Nm³/h of CO2
Zaragoza, marzo 2017
¿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
Zaragoza, marzo 2017
Incertezas relacionadas con el futuro de la generación y demanda de la energía:
En la evolución del sector de la potencia, nivel introducción de Renovables precio
emisionesl CO2 , carga-base (nuclear)
Efectividad en la gestión de la demanda en las curvas de demanda y la nivelación de
los picos de consumo. Uso del exceso or surplus de energia.
- 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. Falta de una regulación adaptada a la
evolución de las nuevas tecnologías.
Mercado y regulación
CONCLUSION: CIENCIA Y TECNOLOGIA ESTAN
CONTRIBUYENDO A INTRODUCIR MEJORAS
PERO HAY QUE INSISTIR EN:
1.-REGULACION
2.-LEGISLACION
3.-EFICIENCIA ECONOMICA
4.-SOLIDARIDAD SOCIAL
5.-ESTRATEGIA POLITICA
ESTOS TEMAS DEBEN ACOMPAÑAR A LAS ACCIONES PARA
DEMOCRATIZAR MAS LA ENERGIA ASEGURAR ACCESO A LA ENERGIA ABUNDANTE Y BARATA
FACILITAR Y FAVORECER EL USO DE ENERGIAS RENOVABLES
RESPECTABLES CON EL MEDIO AMBIENTE
CONSTRUIR UN FUTURO ENERGETICO EN BASE A LA EFICIENCIA.
Zaragoza, marzo 2017
Fondos:
Gracias por su
atención