Almacenamiento de energía en los nuevos modelos de redes de energía: una oportunidad de investigación y desarrollo y de negocio Joan Ramón Morante

Transcripción

1 Almacenamiento de energía en los nuevos modelos de redes de energía: una oportunidad de investigación y desarrollo y de negocio Joan Ramón Morante IREC, Institut de Recerca en Energia de Catalunya y Universitat de Barcelona Catalonia Institute for Energy Research 1

2 Disponibilidad inmediata de energía Que implica? 2

3 Las tecnologías de Almacenamiento deben ofrecer 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 De qué volumen se está hablando? Cuanta energía consumimos? Qué fuentes de energía tenemos? Cómo se genera, transporte y distribuye la energía eléctrica? 3

4 toe= ton equivalent of oil Consumo equivalente de energía toe c.a. 0-5liters toe c.a. 5-10liters toe c.a liters toe c.a liters. >6 toe c.a. >20 liters. Sources: BP + IREC Un millón de toneladas equivalente de petroleo produce alrededor de 4400 gigawatt-hora (= 4.4 terawatt-hora) de electricidad en una planta de energía (42 GigaJoules) Hydroelectricity % Renewables % Nuclear % Coal % Natural Gas % Oil % total % Equivalente a 6,3 TW (8760horas/año) Sources: BP + IREC 4

5 ESTRUCTURA DE LA GENERACION NETA DE LOS PAISES EUROPEOS MIEMBROS DE ENTSO-E. Sources ENTSO-E (european network of transmission system operators for electricity) 5

6 Cómo almacenar la energía? Características del almacenamiento según la recuperación de la energía. Tipos de almacenamiento. 6

7 Cinco dimensiones de la cadena de valores eléctricas antigua ENTREGA Camino tradicional: Servicio regulado con funciones incluidas Nueva cadena de valores eléctricos con almacenamiento de energía con sexta dimensión ALMACENAMIENTO DISTRIBUIDO DE ENERGIA Servicios particularizados Precios particularizados Nuevas estrategias de servicio Servicios privatizados INTEGRACION DE ENERGIA RENOVABABLES 7

8 Reserva de suministro de electricidad Regulación primaria Desplazamiento de la demanda Calidad de energía Diferentes usos del almacenamiento de energía en la red dependiendo de la frecuencia y la duración Logroño, octubre 2014 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 8

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10 Sistema hidráulico de bombeo en Aguayo Santander (Spain) Lundigton Pumped Storage Power Plant. Michigan (USA). Elevación 400 pies sobre el lago Michigan, 0.04 Wh/l densidad de energia MWh energía almacenada 1872MW Potencia de salida (21,5 GW total US) Rango de Potencia: 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: years 10

11 Almacenamiento de Energía por Aire comprimido 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 Huntorf, Alemania, KBB, E.ON Potencial de CAES, Calaminus (2007) Source: EC, JRC SETIS, Technology Map (2011). 11

12 biometano Metano sintetico 12

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15 Requerimientos de la Unión Europea para Baterías de Vehículos Eléctricos: 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. 15

16 Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma: Baterías de flujo redox a) Prototipos de baterías de flujo redox en diferentes tamaños, b) stack de VRFB baterías 16

17 I R E PROTOTIPO DE BATERIA DE FLUJO DE VANADIO Número de celdas: 20 Voltaje: 30V Corriente: 50 A Potencia: 1.5 kw KIC EES PROJECT 17

18 New Liquid Electrolyte or Semi Solid Continuous Flow Cells: Increase the energy density To change electrodes materials as sulfuric based electrolyte can be avoided. To wide the range of potential active ions 24M (A123) Dream or Reality? Mass and Volume density can be increased more than a factor 12 Improving the performances of the standard solid state ion lithium batteries And changing all the strategy for infrastructures developments for EV? Source: 24M 18

19 Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma: Baterías de flujo Semi Sólidas a) caja de guantes para el montaje y evaluación de baterías de flujo semi sólidas, b ) celda de medida Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma: Nuevas estrategias de diagnosis y prognosis a) potenciostatos/galvanostatos, b) stack baterías de flujo redox operando 19

20 PtG= Power to Gas = Energía eléctrica a Gas 20

21 Planta de Audi (ETOGAS): metano sintético 21

22 INTERACCION ENTRE LAS REDES DE GAS Y DE ELECTRICIDAD Source: IRES ALMACENAMIENTO DE ENERGIA 22

23 El futuro depara nuevas alternativas: Combustibles solares como almacenamiento de la energía solar. Eficiencias >12% Comparables al sector fotovoltaico y termosolar Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma: Almacenamiento químico y Revalorización del CO2: Síntesis de metano sintético o sistemas de conversión de energía eléctrica a gas incluyendo biometano. a)catalizador a escala microscópica, producción a gran escala y reactor para la evaluación de los catalizadores para la síntesis de metano. b) Producción de combustibles solares. Fotosíntesis Artificial para el almacenamiento de energía solar en combustibles 23

24 Actividades actuales de los laboratorios de la plataforma: Almacenamiento químico: Electrolizadores para la producción de hidrógeno Fabricación de electrolitos sólidos para electrolizadores Estación de test de sistemas de co electrolisis Almacenamiento y eficiencia energética en sistemas y comunidades: Micro red experimental con emuladores de fuentes de energía para la carga y descarga de sistemas de almacenamiento 24

25 Almacenamiento y flexibilidad en edificios y sistemas HVAC en SEILAB Integración de sistemas de almacenamiento térmico en SEILAB Cuanta electricidad se almacena en forma de calor como fuente distribuida? de hogares X 3.3KWX6horas/día X 300 días/año= 60 TWh año 25

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27 Caracteristicas del mercado Mercado y regulación: - Incertezas relacionadas con el futuro de la generación y demanda de la energía: En la evolución del sector de la potencia, nivel RES, precio del CO 2, cargabase (nuclear) Efectividad en la gestión de la demanda en las curvas de demanda y la nivelación de los picos de consumo - 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 Necesidad de operadores de almacenamiento: Ser capaz de acumular diferentes cadenas de valor para generar beneficio Establecer un marco para demilitar el potencial económico del almacenamiento Construcción de escenarios para copar las futuras necesidades de almacenamiento Sincronizar un plan de inversión para generación, transmisión y distribución 27

28 Oportunidad para investigación, desarrollo de tecnología y la innovación El almacenamiento de la energía eléctrica es una oportunidad de negocio delante de un enorme mercado PENDIENTE de la Regulación Integración de renovables, autoconsumo Disminución de costes. Notas finales o o o o o El almacenamiento de energía es una opción necesaria para los futuros sistemas más descarbonizados, complementaria a otras soluciones de seguridad energética Las tecnologías avanzadas de almacenamiento aún requieren inversiones de alto riesgo a largo plazo (fase de investigación y demostración) El nivel de la innovación en las tecnologías de almacenamiento es bastante bajo con relativamente poca inversión todavía. Es necesario que haya mecanismos que premien los beneficios que ofrecen las tecnologías de almacenamiento SET Plan ofrece la oportunidad de volver a abordar la innovación europea en el almacenamiento de energía y, finalmente, crear una estrategia integrada de la UE para mostrar de almacenamiento como una importante oportunidad de beneficios sociales y económicos. 28

29 Fondos: Gracias por su atención Referencias Plan SET Technology Map for the SET Plan: setis/technology map/2011_technology_map1.pdf Materials Roadmap Enabling Low Carbon Energy Technologies: Almacenamiento de energia EERA Joint Programme on Energy Storage: set.eu/lw_resource/datapool/_items/item_627/flyer_eera_es.pdf European Association for Storage of Energy: storage.eu/ Energy Storage for the Electricity Grid : Benefits and Market Potential Assessment Guide. Sandia National Laboratories (2010). Le Stockage d'energie : Enjeux, Solutions techniques et opportunités de valorisation. ENEA Consulting (2012) Revisiting Energy Storage. The Boston Consulting Group (2011) Electricity Energy Storage Technology Options : A White Paper Primer on Applications, Costs,and Benefits. EPRI (2010) EERA Joint Programme Smart Grids, Deliverable D4.1 Moving Energy Storage from Concept to Reality. Southern California Edison (2011) Prospects for Large Scale Energy Storage in Decarbonised Power Grids. International Energy Agency (2009) Eficiencia energetica Energy Efficiency Directive: End use energy efficiency activities at the EU commission JRC, AIE 25 Energy Efficiency Policy Recommendations, Northwest Energy Efficiency Technology Roadmap 2011, World Energy Council, Energy Efficiency: A recipe for success, 29