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Enrique Soria Lascorz
Director
Divisin de Energas RenovablesCIEMAT
SISTEMAS DEALMACENAMIENTO DE
ENERGA PARA ENERGASRENOVABLES
Fuerteventura, 2 de marzo de 2012
Contribucin de las Islas Europeas a los
Objetivos de Desarrollo Energtico
Sostenible de la Unin Europea
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EL CIEMAT
Es el Centro espaol de Investigaciones Energticas,Medioambientales y Tecnolgicas.
Lleva a cabo I + D + i en todas las fuentes energticas: Combustin yGasificacin, Energa Nuclear de Fisin, Energa Solar, Energa ElicaBiomasa y Biocombustibles, Eficiencia Energtica en la EdificacinProduccin y utilizacin de Hidrgeno (Pilas de Combustible), FusinTermonuclear, etc.
EL CIEMAT tambin realiza I + D + i en Medioambiente, tantoradiolgico como convencional.
Recursos humanos : 1.500 personas
Presupuesto (ao 2010) : 91,7 M
Organismo Pblico de Investigacin
Ingreso por actividades de I+D (ao 2010) : 43.6 M
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Contenido
Energa y Energas Renovables Energa solar termoelectrica
Sistemas de almacenamiento de energa
Suministro de energa en reas remotasFluctuaciones a corto plazo
Garanta del suministro de la energa elica
en la red.
Comentarios finales
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Energa primaria en el mundo, 2010
Nuclear: 5,2 %
Pet.: 33,6 %
Carbn: 29,6 %
Gas Nat.: 23,8 %
Hidro: 6,5 %
Renov: 1,3 %
Total dependencia de los combustibles fsiles (87%. En Espaa 79%).
Problemas de distribucin geogrfica, escasez de reservas, volatilidad de precios yefectos medioambientales.
Este esquema no es sostenible
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Los serios inconvenientes del esquema energtico existente (escasez,dependencia, precios, daos medioambientales)
Implican la necesidad de un cambio cuyo vector principal es:La reduccin del contenido en carbono de las fuentes deenerga primariaAhorro y eficiencia energtica (demanda)
Menos combustibles fsiles
Ms renovablesMantenimiento de la nuclear (Gen IV y despus de Fukushima?)
Posible utilizacin limpia del carbn (captura y almacen. del CO2)
Fusin (no estar disponible en dcadas)
Ninguna de las alternativas est libre de problemas para su implementacininmediata. Para resolverlos, se precisa un notable esfuerzo en desarrollotecnolgico, voluntad poltica y empresarial y cambio de mentalidades
Los elementos del cambio
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Electricidad en Espaa 2011
HIDRULICA10,85%
NUCLEAR22,58%
CARBN17,01%
FUEL+GAS0,00%
CICLO COMBINADO19,84%
ELICA16,33%
RE HIDRULICA2,02%
RE Solar PV2,97%
RE Solar trmica0,80%
Trmica renovable1,70%
Trmica no renovable12,39%
CONSUMOS EN BOMBEO
-1,28%
SALDO INTERCAMBIOS
INTERNACIONALES-2,40%
Fuente: REEy elaboracin AEE
Energas Renovables 35 %
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Las energas renovables en aplicaciones no elctricas
Biomasa en sistemas de calefaccin (district heating)
Uso de sistemas solares en aplicaciones trmicas ( calor solar en
procesos industriales, secado )
Aplicaciones medioambientales y desalacin de agua de mar
Refrigeracin solar
Eficiencia energtica en la edificacin
Renovables en el transporte
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2010 2015 2020
Hidrulica 13,23 (31.600) 13,55 (31.400) 13,86 (32.800)
Solar FV 3,79 (6.300) 5,42 (9.100) 7,25 (12.400)
CSP 0,63 (700) 3,00 (8.300) 4,80 (14.400)
Elica 20,74 (42.300) 27,85 (55.500) 35,00 (70.700)
Otras * 0,82 (4.200) 1,18 (7.100) 2,85 (14.500)
Total39,2 (85.100) 51,0 (111.400) 63,8 (144.800)
PER 2011-2020
(*) Biomasa, Residuos. Elica Off-shore, etcUnidades: GW (GWh)
S b d d d l b d l bl
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Sobrecostes derivados de los subsidios a las Renovables
( PER 2011-2020)
d
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Otros datos econmicos PER 2011-2020
Export Import = 1.400 M (2015) to 1.900 M (2020)
Emisiones evitadas 2011-2010 = 171 Mt CO2
Empleos generados por las RES en 2020 = 303.000
E bl l t i
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Energas renovables: algunos comentarios
1: Coste
Soluciones posibles:Aumento del tamao de las plantasAvances en R + DMejoras en la fabricacin de componentesProduccin en serie (expansin del mercado)Experiencia en O & M
2: IntermitenciaSoluciones posibles:Hibridacin
Almacenamiento (electricidad, energa mecnica calor, H2)
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Energas renovables: algunas soluciones
1: CosteCaso de xito energa elica terrestre2: IntermitenciaEnerga solar termoelctrica:
Almacenamiento trmico
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Almacenamiento de calor
Solucin adecuada y no muy costosa para plantastermosolares
Calor sensible: aumento de temperatura
Calor latente: cambio de fase
Materiales:
Sales fundidas (mezclas de nitratos)
Materiales con cambio de fase
Sistemas slidos compactos,
Sistemas de guijarros
Grandes potencias (50-200 MW) durante horas
ANDASOL 1 Bl d P t i
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ANDASOL 1: Bloque de Potencia
2 torres: = 36 m; h = 14 m 28.500 tm de sales fundidas7,5 h Almacenamiento a 50 MW
Si t T C t l GEMASOLAR
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Sistemas con Torre Central: GEMASOLAR
Potencia: 20 MWe. Almacenamiento: 15 h a plena carga
CSP Gestionabilidad
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CSP Gestionabilidad
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- Integracin de Renovables
- Eficiencia Energtica
- Gestin de la Red
- Sector de la automocinHasta ahora el almacenamiento de energa se ha desarrollado paradispositivos porttiles: elemento auxiliar en automviles, industriaaeroespacial y electrnica de consumo (ordenadores, mviles,
etc.)Pero para alcanzar los objetivos previstos (20 /20 /20)se requiere un almacenamiento masivo
Objetivos del almacenamiento
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Bateras de flujo REDOX
HidrgenoSupercondensadoresVolantes de inercia
Segundos Minutos Horas Das
Bobinas
Super
conductoras
< 1 MW
1 - 50 MW
> 50 MW
Potencia
Duracin
Bombeo de agua
Aire
ComprimidoBaterias
Tecnologas existentes de almacenamiento de energa
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Suministro de energa en reas remotas.
Sistemas elicos aislados Sistemas elicos hbridos:
Sistemas Elico-hidrulico. Sistemas Elico-fotovoltaico. Sistemas Elico-diesel o gas.
Bombeo o desalacin.
PROYECTO CICLOPS, 10 KW CIEMAT
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Fluctuaciones de corto plazo de la potencia elica.
POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologas de almacenamiento de energa a cortoplazo: (segundos-minutos)
Volantes de inercia avanzados.Supercondensadores.Bateras electroqumicasBobinas superconductoras.
Al i t t l
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Almacenamiento a corto plazo
Se adapta al sector del transporte y la generacin distribuida
Bateras de plomo (contaminante, baja densidad de energa, < 20MW)
Bateras in-Li (alta densidad de energa y elevada vida media)
Solucin prometedora en la automocin y quiz renovables
Hidrgeno y Pilas de combustible
Solucin tambin interesante en automocin
Coste de generacin de H2 a partir de fuentes no contaminantes
SuperconductividadPequeas potencias (calidad de la seal y estabilizacin de la red)
Alta eficiencia y rpida respuesta
Temperaturas prximas al cero absoluto
PLANTA DE REGULACIN DE FRECUENCIA DE 20 MW
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20 MW Plant containing 200 Flywheels
Generic building design with a footprint of 22,400 ft2
20,600 ft2 Flywheel plant 1,800 ft2 Office/Conference/Storage Area ft2
Simple construction allows for pre-engineered buildings
Can be built without local water and sewer
PLANTA DE REGULACIN DE FRECUENCIA DE 20 MWCON VOLANTES DE INERCIA
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Garantizar el suministro de energa elica a la red.
Fuente: REE
Garantizar el suministro de energa
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Garantizar el suministro de energaelica a la red.
POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologas de almacenamiento CENTRALIZADO de
energa a medio-largo plazo: (horas-das):
Bombeo de agua
Bateras REDOX
Aire comprimido
Bombeo de agua
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Bombeo de agua
Ubicacin, volumen de agua
Inversin inicial considerable
Grandes potencias (100-1000 MW)
Empleo en minihidrulica
Centrales de bombeo
C l j li b b hid li
http://intranet.ciemat.es/ICIEMATportal/portal.do;jsessionid=5C27B3928FCCEB58D3355AD4F84D9E08http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Pumpspeicherkraftwerk_es.png -
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rea de balanceo
Operador Red de transporte
Generacin Cargas
Transmisin/Distribucin
Potenciaared
InterconexionesTransmisin
Potenciaared
Powerfrom
grid
APALoa
ds
Elica
Potencia a red
Potencia a red
Control conjunto elica-bombeo hidrulico.
Bateras de gran capacidad
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Bateras de gran capacidad
TECNOLOGAS YA DESARROLLADAS: Bateras VRB (Batera Redox de Vanadio)
Batera de Sulfuro de Sodio NAS
Batera de Bromo - Polisulfuro de Sodio (Sistema
Regenesys).
Otras??
Batera REDOX de Vanadio
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Batera REDOX de Vanadio
Batera de vanadio VRB (Vanadium Redox Battery) SEI Osaka(Japn) 100 kWh.
Proyecto SUBARU Filtrado de variaciones de potencia de parqueelico mediante una batera VRB
El sistema es perfectamente escalable hasta los 10MW de potencia y10 horas de capacidad de almacenamiento.
La energa se recupera instantneamente(
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Aire Comprimido
Bsicamente es convertir la energa elctrica de origenelico en energa almacenada mediante la compresin deaire dentro de un depsito o cueva. (Hasta 300 MW)
Con emisiones: El aire comprimido posteriormente secalienta mediante la combustin de otro combustible(gas) y se expande en una turbina produciendo energaelctrica y calor reutil izable.
Emisiones 0:Sistema adiabtico. Este aire comprimidose calienta mediante el calor extrado al aire en lacompresin. (En este caso hace falta algn sistema dealmacenamiento de energa trmica)
Sistema CAES Adiabtico
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Sistema CAES Adiabtico
Hidrgeno Centralizado
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Hidrgeno Centralizado
Aplicaciones posibles:
Apoyo en la integracin de la energa el ica en la red:Almacenamiento a corto plazo para evitar fluctuaciones
de potencia elica.
Almacenamiento a medio plazo para evitar el lucro cesante
en casos de sobre generacin elica.
Almacenamiento a largo plazo para ofrecer energaelicagarantizada (evita desvos).
Produccin directa de hidrogeno a partir de laenerga elica: Inyeccin en tubera especifica o de gasAutoconsumo.
Algunas comentarios
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Algunas comentarios
El almacenamiento es hoy un aspecto central en la bsquedade soluciones energticas sostenibles.
Bsico para el diseo de un nuevo sector del transporte
Bsico para la gestionabilidad de una red con un fuertecomponente de renovables
En la mayora de los casos se trata de tecnologas incipientescon un amplio potencial de mejora
Aumentan el coste de la energa consumida:
(Dispositivos de almacenamiento, accesorios, convertidores, etc.)
Necesitan un nuevo marco regulatorio
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Gracias por su atencin
mailto:[email protected]://intranet.ciemat.es/ICIEMATportal/portal.do;jsessionid=5C27B3928FCCEB58D3355AD4F84D9E08mailto:[email protected]