Enrique Soria Lascorz

Director

División de Energías Renovables

CIEMAT

ENERGÍAS RENOVABLES Y ALMACENAMIENTO DE

ENERGÍALanzarote 21 octubre 2010

Contenido

• Energía y Energías Renovables• Sistemas de almacenamiento de energía eólica

– Suministro de energía en áreas remotas– Fluctuaciones a corto plazo– Garantía del suministro de la energía eólica

en la red.Conclusiones

Escasez y altos precios del petróleo (transporte)Escasez y altos precios del petróleo (transporte)Fin de la vida útil de las plantas nucleares en Fin de la vida útil de las plantas nucleares en funcionamiento (electricidad)funcionamiento (electricidad)Percepción directa de los efectos sobre el ambientePercepción directa de los efectos sobre el ambiente

Qué hacer?:Qué hacer?:Gas natural: la solución a corto plazo (electricidad)Gas natural: la solución a corto plazo (electricidad)Biocombustibles Biocombustibles + vehículos eléctricos (transporte)+ vehículos eléctricos (transporte)Solar + eólica + Hidráulica+otras renovablesSolar + eólica + Hidráulica+otras renovablesCarbón limpio (?) (CCS)Carbón limpio (?) (CCS)Reactores nucleares avanzados (Gen. III and IV)Reactores nucleares avanzados (Gen. III and IV)Fusión (no disponible en estos plazos)Fusión (no disponible en estos plazos)

Un escenario verosímil en 2025Un escenario verosímil en 2025--20302030

Energías renovables: algunos comentariosEnergías renovables: algunos comentarios

1: Coste 1: Coste Soluciones posibles:Soluciones posibles:Aumento del tamaño de las plantasAumento del tamaño de las plantasAvances en R + DAvances en R + DMejoras en la fabricación de componentesMejoras en la fabricación de componentesProducción en serie (expansión del mercado)Producción en serie (expansión del mercado)Experiencia en O & MExperiencia en O & M

2: Intermitencia2: IntermitenciaSoluciones posibles:Soluciones posibles:HibridaciónHibridaciónAlmacenamiento (electricidad, energía mecánica calor, HAlmacenamiento (electricidad, energía mecánica calor, H22))

Energías renovables: algunas solucionesEnergías renovables: algunas soluciones

1: Coste 1: Coste Caso de éxito energía eólica terrestreCaso de éxito energía eólica terrestre

2: Intermitencia2: IntermitenciaEnergía solar termoeléctrica: Energía solar termoeléctrica: Almacenamiento térmico Almacenamiento térmico

Almacenamiento de calorAlmacenamiento de calor

Solución adecuada y no muy costosa para plantas Solución adecuada y no muy costosa para plantas termosolarestermosolares

Calor sensible: aumento de temperatura Calor sensible: aumento de temperatura

Calor latente: cambio de faseCalor latente: cambio de fase

Materiales:Materiales:

Sales fundidas (mezclas de nitratos)Sales fundidas (mezclas de nitratos)

Materiales con cambio de faseMateriales con cambio de fase

Sistemas sólidos compactos,Sistemas sólidos compactos,

Sistemas de guijarrosSistemas de guijarros

Grandes potencias (50Grandes potencias (50--200 MW) durante horas200 MW) durante horas

- Integración de Renovables

- Eficiencia Energética

- Gestión de la Red

- Sector de la automociónHasta ahora el almacenamiento de energía se ha desarrollado para dispositivos portátiles: elemento auxiliar en automóviles, industria aeroespacial y electrónica de consumo (ordenadores, móviles, etc.)

Pero para alcanzar los objetivos enunciados se requiere un almacenamiento masivo

Objetivos del almacenamientoObjetivos del almacenamiento

Baterías de flujo REDOX

HidrógenoSupercondensadoresVolantes de inercia

Seg Min Horas Días

BobinasSuper

conductoras< 1 MW

1 - 50 MW

50 MW +

Capacidad dePotencia

Duración

Bombeo de agua

AireComprimido

Baterias

Tecnologías existentes de almacenamiento de energía

Suministro de energía en áreas remotas.

POSIBLES SOLUCIONES:• Sistemas eólicos aislados • Sistemas eólicos híbridos conjuntamente con

otra fuente de energía:– Sistemas eólico-hidráulico.– Sistemas Eólico-fotovoltaico.– Sistemas Eólico-diesel o gas.

• Sistemas eólicos para bombeo o desalación.

Proyectos eólicos aislados desarrollados:• Sistema Eólico-Diesel de Punta Jandia

(Fuerteventura).(CIEMAT)• Proyecto SDAWES. Pozo Izquierdo Gran Canaria Desalación

Eólica (ITC).• Proyecto Eólico-Diesel de la isla de Maio. Cabo Verde.

(ADES)• Proyecto Eólico Diesel en Vietnam. MADE ER-Greenpower• Proyecto Eólico-Diesel en isla Juan Fernandez (Chile) CNE• Proyecto eólico-batería de las islas Galapagos (Ecuador)

(TTA) • Proyecto eólico de la isla del Hierro (ITC)• Proyecto BAIA DOS TIGRES (ANGOLA) (EREDA)

Suministro de energía en áreas remotas.

Fluctuaciones de corto plazo de la potencia eólica.

POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologías de almacenamiento de energía a corto

plazo: (segundos-minutos)

– Volantes de inercia avanzados.– Supercondensadores.– Baterías electroquímicas– Bobinas superconductoras.

Almacenamiento a corto plazoAlmacenamiento a corto plazoSe adapta al sector del transporte y la generación distribuidaSe adapta al sector del transporte y la generación distribuida

Baterías de plomo (contaminante, baja densidad de energía, < 20 Baterías de plomo (contaminante, baja densidad de energía, < 20 MW)MW)

Baterías iónBaterías ión--Li (alta densidad de energía y elevada vida media)Li (alta densidad de energía y elevada vida media)

Solución prometedora en la automoción y quizá renovablesSolución prometedora en la automoción y quizá renovables

Hidrógeno y Pilas de combustibleHidrógeno y Pilas de combustible

Solución también interesante en automociónSolución también interesante en automoción

Coste de generación de H2 a partir de fuentes no contaminantesCoste de generación de H2 a partir de fuentes no contaminantes

SuperconductividadSuperconductividadPequeñas potencias (calidad de la señal y estabilización de la red)Pequeñas potencias (calidad de la señal y estabilización de la red)

Alta eficiencia y rápida respuestaAlta eficiencia y rápida respuesta

Temperaturas próximas al cero absolutoTemperaturas próximas al cero absoluto

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 REGULACIÓN DE FRECUENCIA DE 20 MWCON VOLANTES DE INERCIA

Garantizar el suministro de energía eólica a la red.

Fuente: REE

Garantizar el suministro de energía eólica a la red.

POSIBLES SOLUCIONES:Tecnologías de almacenamiento CENTRALIZADO de

energía a medio-largo plazo: (horas-días):

– Bombeo de agua– Baterías REDOX– Aire comprimido

Electricidad en energía mecánica Electricidad en energía mecánica

Ubicación, volumen de agua

Inversión inicial considerable

Grandes potencias (100-1000 MW)Empleo en minihidráulica

Centrales de bombeo Centrales de bombeo

Baterías de gran capacidad

TECNOLOGÍAS YA DESARROLLADAS: • Baterías VRB (Batería Redox de Vanadio)• Batería de Sulfuro de Sodio NAS • Batería de Bromo - Polisulfuro de Sodio

(Sistema Regenesys).• Otras??

Batería de Flujo de Vanadio en RISO-DTU

• Costes actuales:– 250 kW/2 MWh– 1 Mill USD

• Densidad de energía:– 25Wh/Kg.

• Unidad en RISO:• 15 kW/120 kWh• Convertidor de cuatro

cuadrantes.• Operación conectado a red

y en isla.

Batería REDOX de Vanadio– Batería de vanadio VRB (Vanadium Redox Battery) SEI Osaka

(Japón) 100 kWh. – Proyecto SUBARU Filtrado de variaciones de potencia de parque

eólico mediante una batería VRB– El sistema es perfectamente escalable hasta los 10MW de potencia y

10 horas de capacidad de almacenamiento.– La energía se recupera instantáneamente (<1ms).

Tanquesde Electrolito

Proyecto de estabilización de la red con inyección eólica mediante baterías (Futamata (Rokkashyo, Aomori) Japón)

Vista panorámica del campo de baterías

2MW x 17 conjuntos, baterías NAS

Fuente: Japan Wind

Development Co Ltd

and METI

Subvención: 19 Mill. Euros

En España

GAMESA• Batería de flujo REDOX

para almacenamiento masivo junto al nuevo aerogenerador GAMESA G1XX que ahora esta en pruebas

• Aerogenerador de 4,5 – 128 m diámetro (G1xx)

Aire Comprimido

• Básicamente es convertir la energía eléctrica de origen eólico en energía almacenada mediante la compresión de aire dentro de un depósito o cueva. (Hasta 300 MW)

• Con emisiones: El aire comprimido posteriormente se calienta mediante la combustión de otro combustible (gas) y se expande en una turbina produciendo energía eléctrica y calor reutilizable.

• Emisiones 0: Sistema adiabático. Este aire comprimido se calienta mediante el calor extraído al aire en la compresión. (En este caso hace falta algún sistema de almacenamiento de energía térmica)

Sistema CAES Adiabático

Modelo Eólico - Aire comprimido

Parque eólico TransmisiónPlanta SAAC

AlmacenamientoSubterráneo de aire

En ésta aplicación el SAAC permite operar al parque eólico como una central de base.

PWF = Potencia máximade salida delparque eólico

(potencia nominal)

PT = Línea de transmisiónde máxima potencia

PWF PT

Algunas conclusionesAlgunas conclusiones

El almacenamiento es hoy un aspecto central en la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles.

Básico para el diseño de un nuevo sector del transporte

Básico para la gestionabilidad de una red con un fuerte componente de renovables

En la mayoría de los casos se trata de tecnologías incipientes con un amplio potencial de mejora

Aumentan el coste de la energía consumida:

(Dispositivos de almacenamiento, accesorios, convertidores, etc.)

Necesitan un nuevo marco regulatorio

Gracias por su atención

enrique.soria@ciemat.es