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Energía y Desarrollo Humano
OBSERVATORIO DE ENERGÍAS RENOVABLES PARA AMÉRICA LATINA Y EL CARIBE
Enrique Soria Lascorz
Director
División de Energías Renovables
CIEMAT
SEGUNDO ENCUENTRO TÉCNICO. Asunción, Paraguay, 29 de marzo 1 abril 2011
SISTEMAS HIBRIDOS EN ZONAS AISLADAS
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Energía y Desarrollo Humano
EL CIEMAT• Es el Centro español de Investigaciones Energéticas,
Medioambientales y Tecnológicas.• lleva a cabo I + D + i en prácticamente todas las fuentes
energéticas: combustión de carbón, energía nuclear de fisión, energía solar, energía eólica , biomasa y biocombustibles, arquitectura bioclimática, producción y utilización de hidrógeno (pilas de combustible), fusión termonuclear, etc.
• EL CIEMAT también realiza I + D + i en Medioambiente, tanto radiológico como convencional.
Recursos humanos :Recursos humanos : 1.500 personas1.500 personas
Presupuesto (aPresupuesto (añño 2010) :o 2010) : 91,7 91,7 MM€€
OOrganismo rganismo PPúúblico de blico de IInvestigacinvestigacióónn
Ingreso por actividades de I+D (aIngreso por actividades de I+D (añño 2010) :o 2010) : 43.6 43.6 MM€€
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Energía y Desarrollo Humano
ALMERIAALMERIA
MADRIDMADRID
SORIASORIA
CIEMATCIEMAT-- El BierzoEl Bierzo
CIEMAT CIEMAT CENERCENER--CIEMATCIEMAT
CISOT -CIEMAT CIEMAT Barcelona
CETA -CIEMAT CIEMAT Extremadura
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Energía y Desarrollo Humano
DEPARTAMENTO DE
ENERGÍA
LABORATORIO NACIONAL DE
FUSIÓN
FISIÓN NUCLEAR
ENERGÍAS
RENOVABLES
COMBUSTIÓN Y
GASIFICACIÓN
Análisis de Sistemas
Energéticos
PLATAFORMA SOLAR
(ALMERÍA)
CEDER
(SORIA)
DepartamentoDepartamento de de EnergEnergííaa
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Energía y Desarrollo Humano
• BIOMASA• Cultivos energéticos• Caracterización de biomasa• Combustión y gasificación• Biocarburantes
• ENERGÍA EÓLICA• Minieolica • Sistemas híbridos y almacenamiento
•ENERGÍA SOLAR FV• Caracterización de células, módulos y sistemas• Desarrollo de materiales
•EFICIENCIA ENERGETICA EN LA EDIFICACIÓN.•EVALUACION DE RECURSOS ,SIG•ENERGIA SOLARTERMOELÉCTRICA
• Plataforma Solar de Almería (PSA)• Aplicaciones Medioambientales
LAS ENERGIAS RENOVABLES EN EL CIEMAT
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Energía y Desarrollo Humano
1.1.-- Central Central ReceiverReceiver2.2.-- ParabolicParabolic troughstroughs3.3.-- DirectDirect SteamSteam GenerationGeneration4.4.-- Stirling Stirling DishesDishes5.5.-- Solar Solar FurnaceFurnace6.6.-- WaterWater DetoxificationDetoxification7.7.-- WaterWater DesalinationDesalination8.8.-- EnergeticEnergetic EfficiencyEfficiency in in BuildingsBuildings9.9.-- FresnelFresnel CollectorsCollectors10.10.-- AdvancedAdvanced Technologies: gas/Technologies: gas/moltenmolten saltssalts
1 1
1
2
3
45
6 7
8
8
9
10
La Plataforma Solar de La Plataforma Solar de AlmeriaAlmeria (PSA)(PSA)
La Plataforma Solar de AlmerLa Plataforma Solar de Almeríía es la ma es la máás completa instalacis completa instalacióón del mundo en n del mundo en tecnologtecnologíías solares de concentracias solares de concentracióónn
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Energía y Desarrollo Humano
Energia solar concentrada. Disos parabolicos
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Energía y Desarrollo Humano
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Energía y Desarrollo Humano
Sistemas Aislados
3 Soluciones para proporcionar electricidad en áreas rurales
Extensión de la red Grupo electrógeno Renovables
SIN RED ELECTRICA:
- Estabilidad eléctrica.-Necesaria adecuación de la generación eléctrica a la demanda
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Energía y Desarrollo Humano
Soluciones para proporcionar electricidad en áreas rurales:
1.- Extensión de red
– Baja densidad de población– Altos costes por conexión y por unidad de
energía– Bajo consumo energético– Bajo poder adquisitivo en países en vías de
desarrollo
NO ES ECONÓMICAMENTE VIABLE
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Energía y Desarrollo Humano
Soluciones para áreas rurales:2.- Grupo electrógeno
• Baja inversión inicial• Tecnología
– Madura– Extendida– Probada
• Potencia-bajo-demanda
-Baja eficiencia cuando trabaja con factores de carga bajos
-No se suele disponer de suministro las 24 horas (es caro)
-Mantenimiento-Suministro de combustible
-Aspectos medioambientales
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Energía y Desarrollo Humano
Objetivo del milenio: en 2030, acceso universal a la electricidad
Fuente: Energy Poverty – How to make modern energy access universal, OECD/IEA, 2010
Población accediendo a la electricidad e inversiones necesarias Reparto de las inversiones
por soluciones empleadas
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Energía y Desarrollo Humano
- 1.-Sistemas híbridos. Sistemas con acumulación de energía eléctrica
- 2.-Sistemas eólico-diesel
- 3.-Sistemas renovables-agua
TecnologTecnologíías para electrificacias para electrificacióón rural con sistemas aisladosn rural con sistemas aislados
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Energía y Desarrollo Humano
1.-BUS DE CONTINUA. SISTEMAS HÍBRIDOS
• En general asociado a baterías • Implica la presencia de nuevos
equipos:– rectificador – inversor, ...
• Actúa como colector de la generación (FV, pilas de combustible,...)
• La batería desempeña un papel en
– Acumulación – Regulación
REGULADOR EÓLICO
REGULADOR FOTOVOLTAICO
GENERADOR FOTOVOLTAICO
%Mill.%Mill
Sin accesoCon accesoEstimación año 2000
29.216686733915060TOTAL
Acceso a ElectricidadPoblación Total
%Mill.%Mill
Sin accesoCon accesoEstimación año 2000
29.216686733915060TOTAL
Acceso a ElectricidadPoblación Total
Fuente: World Bank, 2001.
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Energía y Desarrollo Humano
1.-BUS DE CONTINUA. SISTEMAS HIBRIDOS
• < 50 kW• Configuración
– Pequeño aerogenerador– Generador fotovoltaico – Batería Plomo-ácido – Control sencillo
• Historia– Los más antiguos– Crisis de 1973– Han madurado, pero...
• Estado actual– < 100 sistemas documentados– 30000 usuarios (190 países) del
HOMER– Competencia con “sólo FV”– Mercado Potencia 26 GW(AWEA 2002)
PROYECTO CICLOPS, 10 KW CIEMAT
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Energía y Desarrollo Humano
2.-AC Bus: Sistemas Eólico-Diesel.
GS
Grupo electrógeno
Embrague
GA
GeneradorAsíncrono
Aerogenerador
Cargasdedisipación
Paso fijo
ControlAerogenerador
Control
velocidad
Controldiesel
Generador síncrono
Consumos
380 VAC
50 Hz
Controlde potencia
Bombeode agua
Desalación de agua
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Energía y Desarrollo Humano
Peculiaridades de los componentes
Aerogenerador: pequeño/mediano/grandeGrupo diesel: obligatorioControl: sofisticado (PC)
•Equipo controlador de red–Almacenamiento corto plazo–Cargas regulables
ComunicacionesConsumos: diversos
•conveniencia de cargas regulables
Historia Anexo VIII de IEA “ Study ofdecentralised applications for windenergy” (RISO, ECN, CIEMAT)
1994: “W&D Systems” book, R. Hunter y G.Elliot.Software de modelado
Proyectos de demostraciónEstado actual
Importantes empresas con diferentes soluciones tecnológicasW/D Workshop (2002, 2004)Software comercial (HYBRID2, HOMER, ...)
Mercado potencial> 130.000 grupos (<1MW) electrógenos, 9.1 GW, en 1990
2.- SISTEMAS EÓLICO-DIESEL
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Energía y Desarrollo Humano
2.- SISTEMA EOLICO-DIESEL DE FUERTEVENTURA (ISLAS CANARIAS)
3 80 V / 3 80V
250 K V A50 H z
A L U M B R A D OPU B L IC O
4K W
A L U M B R A D OPR IV A D O
(m in:10 K W m ax 70 K W )
PL A N T A D ED E SA L A C IÖ N
D E A G U A D E M A R5 6 m 3 /d ía - 16 ,5 K W
P L A N T A D E T R A T A M IE N T O
D E A G U A R E SID U A L25 m 3/d ia - 3 K W
O T R A S C A R G A S5 K W
C A M A R A D E F R IOY PR O D U C C IO N
D E H IE L O
S IS T E M AD E
C O N T R O L
M O T O R D IE SE L 14 0 C .V .
M O T O R D IE SE L 140 C .V .
A E R O G E N E R A D O RV E ST A S V 27 225 /50
G E N E R A D O RA SIN C R O N O
22 5 / 5 0 K V A 3 80 V
C A JAM U L T IP L .
C A M B IOD E P A S O
C A R G A S D E V O L C A D O100 K W
M U L T IC O N V E R T ID O R E S
E M B R A G U EE L E C T R O M A G N E T IC O
V O L A N T ED E IN E R C IA
T R A N S FO R M A D O RD E A ISL A M IE N T O
G E N E R A D O RSIN C R O N O
G E N E R A D O RSIN C R O N O
75 K V A
G E N E R A D O RSIN C R O N O
75 K V A
V O LA N T ED E IN E R C IA
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Energía y Desarrollo Humano
REFERENCIAS TÉCNICAS DE GAMESA EN SISTEMAS HÍBRIDOS EÓLICO DIÉSELPROYECTO DE ISLAS GALÁPAGOS. ISLA DE SAN CRISTÓBAL (1)
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
El Proyecto eólico de San Cristóbal, en las islas Galápagos se diseñó con el objetivo de reducir el consumo de combustible, disminuyendo así las emisiones de CO2 a la atmósfera y los riesgos de vertido durante los repostajes en un emplazamiento de alto valor ecológico.
El gobierno Ecuatoriano convocó un concurso en el que MADE, empresa española del grupo GAMESA, fue la adjudicataria final, compitiendo con algunos de los principales fabricantes a nivel mundial, desarrollando toda la tecnología necesaria para su buen funcionamiento.
El sistema consta de tres Grupos Diesel (GD) de 650KW, ya existentes, localizados en Puerto Baquerizo y 3 aerogeneradores (AG) AE-59 paso y velocidad variables de 800 KW ubicados a 14Km, sobre una colina.
Los antiguos GD se automatizaron para controlar su estrategia de funcionamiento, decidiendo cuantos grupos actuaban en cada momento, en función de la curva de carga de la isla y la generación eólica, realizando el control de tensión y frecuencia de red.
.
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Energía y Desarrollo Humano
RESULTADOS
El PE entró en funcionamiento el 01 de Octubre de 2007 y durante los meses de viento en la isla, la generación eólica supone alrededor de un 50% del consumo en la isla.
Datos 2007 a 2009
0,00
200.000,00
400.000,00
600.000,00
800.000,00
1.000.000,00
1.200.000,00
oct‐07
nov‐07
dic‐07
ene‐08
feb‐08
mar‐08
abr‐08
may‐08
jun‐08
jul‐08
ago‐08
sep‐08
oct‐08
nov‐08
dic‐08
ene‐09
feb‐09
mar‐09
abr‐09
may‐09
jun‐09
jul‐09
ago‐09
sep‐09
oct‐09
nov‐09
dic‐09
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
Diesel Daily Production (kWh)
Wind Energy Delivered to EEPG
Wind Energy Delivered to the Grid (%)
REFERENCIAS TÉCNICAS DE GAMESA EN SISTEMAS HÍBRIDOS EÓLICO DIÉSELPROYECTO DE ISLAS GALÁPAGOS. ISLA DE SAN CRISTÓBAL (2)
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Energía y Desarrollo Humano
• No es imprescindible la estabilidad eléctrica
• Aplicaciones “tradicionales”– Bombeo eléctrico de
agua– Desalación de agua
de mar– Fabricación de hielo
• Nuevas aplicaciones– Hidrógeno– Eólico-hidráulica
3.- Sistemas ENERGIAS RENOVABLES-AGUA
HistoriaBombeo mecánico/eléctrico
Acoplamiento directoAcoplamiento electrónico
DesalaciónProyectos de demostración
Estado actualSensibilización a nivel mundialdel problema del agua“Cultura del hidrógeno”Iniciativa Eólica-aguaAerogeneradorHasta ahora no es diferente de la aplicación tradicional
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Energía y Desarrollo Humano
EnergiasEnergias renovablesrenovables -- aguaagua
- Bombeo- Desalación- Hidrógeno
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Energía y Desarrollo Humano
SDAWES (Sistema eólico aislado de 500 kW. Las Palmas de Gran CanariaSDAWES (Sistema eólico aislado de 500 kW. Las Palmas de Gran Canaria
ENERCON E30 (2 X 230 ENERCON E30 (2 X 230 kW)kW)
Flywheel and Flywheel and synchronoussynchronous
machine (100 machine (100 kVAkVA))
8 x 25 m3/d RO plants8 x 25 m3/d RO plants
50 m3/d VVC unit50 m3/d VVC unit(50 (50 –– 100%)100%)
192 m3/d EDR 192 m3/d EDR unitunit
(3.5 (3.5 –– 8 m3/h)8 m3/h)
GENERALGRID
WT WT
UPSSM
F 8 x RO VC EDR SW PUMPST 1:1
T
WT UPSSMF TROVCEDR
Wind TurbineUninterrupted Power System Synchronous MachineFlywheelTransformerReverse OsmosisVapour CompressionElectrodyalisis Reversible
‐‐‐‐‐‐
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Energía y Desarrollo Humano
HIDRÓGENO: Proyectos de Integración de EERR – H2
HYDROHYBRID
RES2H2 H2 vector energético
H2 como combustible de automoción
HYDROBUS
Experiencias prácticas que están permitiendo al ITC avanzar en la curva de aprendizaje de las
tecnologías del H2
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Energía y Desarrollo Humano
HYDROHYBRIDHYDROHYBRID
Aerogenerador de 10 kW
Depósito H2 de baja presión (15 bar)
Equipo de purificación de agua
Electrolizador PEM: 1.16 Nm3H2/h production nominal
Depósito H2 de alta presión (200 bar)
Electrónica de potencia
Componentes del sistema
Compresor booster de H2
Fotovoltaica de 3 kWp
Pila de combustible de 5 kW
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Energía y Desarrollo Humano
RES2H2RES2H2
Aerogenerador: 225 kW
Electrolizador alcalino de alta presión (25 bar): 55 kW Production nominal : 11 Nm3H2/h
Depósito de H2: 500 Nm3 a 25 bar
Unidad de purificación de H2
Pila de combustible (6 * 5 kW): 30 kW
Planta desaladora de OI: 40 kW
Componentes del sistema
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Energía y Desarrollo Humano
Algunos Sistemas Aislados
• Venezuela (Electrificación Rural Comunidades Aisladas: 48 sistemaseólico-FV-diesel) – Bornay(http://www.bornay.com/eolica/es/ultimas-noticias/9/electrificacion-rural-comunidades-aisladas/11)
• Eurosolar (600 sistemas FV y FV-Eólico) http://www.programaeuro-solar.eu/home.php
• Proyecto Nazareth, en Colombia (ADES) http://www.ades.tv/es/idi/proyectos/proyecto-nazareth-la-guajira-colombiana/id/30
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Energía y Desarrollo Humano
CIEMAT gTIGER. Grupo de Tecnologías de Información Geografita e Integración de Renovables ([email protected])
Proyectos SIG IBEROAMERICA 2010
MODERGIS – Plataforma de modelación para la
sostenibilidad energética en Colombia
Geoportal de Energías Renovables para la planificación energética en Cuba
Taller Iberoamericano SIG y Renovables
Bolivia
http://www.ciemat.es/portal.do?IDR=1636&TR=C
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Energía y Desarrollo Humano
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Energía y Desarrollo Humano
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Energía y Desarrollo Humano
Comentarios finales
• Objetivo del milenio: Acceso universal a la electricidad en el 2030. Desarrollo local.
• Sistemas de generación distribuida. Un cambio de paradigma.
• Los sistemas Descentralizados tienen cada vez mas impacto en el mercado:
– China: 250,000 pequeños aerogeneradores instalados– Nepal: 700 sistemas de mini-hidráulicas instalados– México: 50,000 casas con sistemas FV
• La tecnología del aprovechamiento de las Energías Renovables para aplicaciones aisladas, ha madurado de forma significativa en la última década. Única opción sostenible.