El coche eléctrico y la energía eólica: Una relación interesante

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1 El coche eléctrico y la energía eólica: Una relación interesante Sergio de Otto Director de Relaciones Externas Asociación Empresarial Eólica Ávila, 10 de noviembre de 2010

2 INDICE 1. El proyecto REVE 2. La energía eólica fundamental en el abastecimiento eléctrico. 3. El crecimiento de la generación eólica y los riesgos de recortes. 4. Los vehículos eléctricos enchufables y la energía eólica 5. Nuevo paradigma para el sistema eléctrico: smartgrids 6. Los vehículos eléctricos en la gestión de la demanda 7. Conclusiones

3 EL PROYECTO REVE

4 EL PROYECTO REVE El proyecto REVE (Regulación Eólica con Vehículos Eléctricos) ha sido financiado por el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio dentro del Plan Nacional de Investigación y coordinado por la Asociación Empresarial Eólica El REVE fue un proyecto pionero (año 2008) para la evaluación de uso del coches eléctrico en la regulación de la eólica, sobre todo, en periodos nocturnos. Justificación: El uso a gran escala de vehículos eléctricos puede tener un impacto significativo en distintas áreas socio-económicas Mejora de la regulación de la electricidad de origen eólico en periodos de baja carga Adicionalmente: Reducción de emisiones de CO 2 y NO X, sobre todo en ámbitos urbanos. Alternativa industrial para el sector automovilístico. Reducción de la dependencia energética en el transporte y mayor utilización de los recursos endógenos. Objetivo general: Análisis técnico y económico para el desarrollo de una infraestructura en España para vehículos eléctricos que actúen como sistemas de almacenamiento de energía para regular la energía eólica.

5 EL PROYECTO REVE Participantes: - CENER - CIRCE - IREC - ENDESA NETWORK FACTORY Coordina: - Asociación Empresarial Eólica Patrocinan:

6 La energía eólica, fundamental en el abastecimiento eléctrico 6

7 EL CRECIMIENTO DE LA POTENCIA EOLICA HA SIDO CONTINUO Y ESTABLE DESDE MEDIADOS DE LOS AÑOS 90 MW ANUAL ACUMULADA Fuente: AEE AÑOS 7

8 LOS CAMBIOS REGULATORIOS PROPICIAN CRECIMIENTOS ELEVADOS: 2004, 2007 Y ,0% Incremento anual (MW) TASA DE VARIACIÓN % ,0% ,0% MW ,0% ,0% 20,0% 0,0% Fuente: AEE 8

9 CASTILLA Y LEÓN: 1ª comunidad en a potencia eólica instalada MW en 2009 En 2008 En 2007 En 2006 En 2005 En 2004 Total a 01/01/ Fuente: AEE 9

10 UN CRECIMIENTO SOSTENIDO QUE HA SUPUESTOS ALCANZAR UNA COBERTURA DEL 14,3% DE LA DEMANDA EN EL AÑO ,0% 14,0% Evolución de la cobertura de la demanda de energía eléctrica con eólica ,4% PRODUCCION POR TECNOLOGIAS ,0% 10,0% 8,0% 6,0% 5,2% 6,7% 8,3% 8,9% 10,2% 11,5% GWh RESTO RÉGIMEN ESPECIAL (Según REE) EÓLICA CICLO COMBINADO FUEL+GAS CARBÓN HIDRÁULICA NUCLEAR 4,0% Fuente: Elaboración AEE Evolución de la cobertura de la demanda con eólica Fuente: Datos REE y elaboración AEE 10

11 PRIMER SEMESTRE DE 2010, LA EÓLICA HA CUBIERTO UN 17% RESTO RÉGIMEN ESPECIAL (Según REE) 18,85% SALDO CONSUMOS EN INTERCAMBIOS BOMBEO INTERNACIONALES -2,03% -2,69% HIDRÁULICA 19,44% EÓLICA 17,12% NUCLEAR 22,60% CICLO COMBINADO 22,72% FUEL+GAS 0,66% CARBÓN 5,59% Fuente: REE y elaboración AEE 11

12 CON PICOS DE COBERTURA IMPENSABLES HACE UNOS AÑOS La energía eólica ha alcanzado un alto grado de integración en red con una punta de cobertura de la demanda del 54,1 %. Noviembre y Diciembre 2009: 2ª tecnología en el mes Récord de generación eólica simultánea. 9 de noviembre 2010 (14h53) MW 30 /12 /09 Récord de cobertura con un 54,1 % a las 03h50 12

13 LA INDUSTRIA EÓLICA NACIONAL CUBRE TODA LA CADENA DE SUMINISTRO Potencia acumulada a 31/12/2009 (MW) SUZLON 1% SIEMENS 4% ENERCON 3% GE 6% DESA 0% NORDEX 1% LAGERWEY 0% KENETECH 0% M TORRES 0% REPOWER 0% OTROS 0% ALSTOM-ECOTÈCNIA 7% ACCIONA WIND POWER 8% GAMESA 54% VESTAS 16% Fuente: AEE Importante presencia de tecnología nacional (GAMESA, Acciona Wind Power, Alstom Wind) Amplio tejido industrial: fabricantes de componentes, ingenierías, consultorías, servicios Los tecnólogos extranjeros también fabrican en España. Plataforma para la exportación 13

14 PERO NO SE HAN CUMPLIDO LOS OBJETIVOS DE GENERACIÓN Objetivo PER : GWh GWh Objetivo Fuente: REE, Plan de Energías Renovables y elaboración AEE PER

15 EVOLUCIÓN DE LA GENERACIÓN ANUAL POR TECNOLOGÍAS GWh HIDRÁULICA NUCLEAR CARBÓN FUEL+GAS CICLO COMBINADO EÓLICA RESTO RÉGIMEN ESPECIAL (Según Fuente: REE y elaboración AEE REE)

16 QUIÉN SERÁ RÉGIMEN ESPECIAL Y QUIÉN ORDINARIO? RESTO RÉGIMEN ESPECIAL (Según REE) 13,94% EÓLICA 12,38% CONSUMOS EN BOMBEO -1,49% SALDO INTERCAMBIOS INTERNACIONALES -4,39% HIDRÁULICA 8,52% NUCLEAR 23,44% RESTO RÉGIMEN ESPECIAL (Según REE) 17,23% EÓLICA 14,39% CONSUMOS EN BOMBEO -1,71% SALDO INTERCAMBIOS INTERNACIONALES -3,23% HIDRÁULICA 9,50% NUCLEAR 20,97% CARBÓN 18,40% CARBÓN 13,46% CICLO COMBINADO 36,26% FUEL+GAS 0,94% Fuente: REE y elaboración AEE CICLO COMBINADO 31,17% FUEL+GAS 0,86% Fuente: REE y elaboración AEE 16

17 LA EÓLICA YA ES LA TECNOLOGÍA QUE MÁS CRECE EN EUROPA 17

18 Y VA A SEGUIR CRECIENDO; PREVISIONES A 2014 EN TODO EL MUNDO 180, , , , ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0 Global Wind Power Forecast Cumulative MW by end of 2009 & Forecast 2014 Europe USA Asia Rest of World Source: BTM Consult ApS - March (160,084 MW) 2014 (447,689 MW) 18

19 EN LÍNEA CON LAS PREVISIONES DE LA AIE Fuente: Agencia Internacional de la Energía (AIE) LA EÓLICA ES LA TECNOLOGÍA QUE MÁS CRECERÁ HASTA 2030 PARA CUMPLIR CON EL ESCENARIO DE REDUCCION DE EMISIONES

20 EL PANER , UN PASO ATRÁS 20

21 PANER CRECIMIENTO POR TECNOLOGÍAS Fuente: PANER GAS Y RENOVABLES CUBRIRÁN EL INCREMENTO DE LA DEMANDA NUCLEAR ; EL CARBÓN SE MANTIENE Y LOS PRODUCTOS PETROLÍFEROS DISMINUYEN 21

22 El crecimiento futuro de la energía eólica y los riesgos de recortes 22

23 RETO INTEGRAR LA GENERACION EOLICA NECESARIA PARA CUMPLIR CON LOS OBJETIVOS DEL 20/20/20. MAXIMA SIMULTANEIDAD:70% Off-shore Repotenciación Potencia eólica MW en tierra (7.000 repotenciación) MW en mar MW en tierra ( repotenciación) MW en mar ALCANZAR UN 41% DE LA COBERTURA DE DEMANDA CON EÓLICA ( TWh/AÑO) 23

24 IMPORTANTE PRODUCCION EN HORAS VALLE EXCEPTO EN NOVIEMBRE Y DICIEMBRE. FC eólica 45,0% 40,0% 35,0% 30,0% 25,0% 20,0% 15,0% 10,0% Horas Curvas mensuales (2009) de la evolución del factor de carga de la energía eólica, AEE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE FC 30% 25% 20% 15% 10% 5% Empeoramiento de la curva de generación eólica Perfil horario de producción eólica % Fuente: Elaboración AEE Horas 24

25 LA EVOLUCION DE LA DEMANDA ES CRÍTICA PARA CONOCER LA ELECTRICIDAD DE ORIGEN RENOVABLE INTEGRABLE EN EL SISTEMA El año 2009 ha sido marcado por la crisis económica que ha supuesto una caída de la demanda de electricidad de un 4,6 % respecto al año 2008 Fuente: REE 25

26 LOS PERIODOS CRITICOS SON LOS VALLES DE DEMANDA La generación convencional tiene algunos limites de regulación, como la nuclear o deben permanecer activas por las necesidades del sistema. La suma de los mínimos de producción nocturnos de cada una de estas tecnologías llega a casi MW Fuente: REE Valle nocturno en Verano ~ MW El valle nocturno muestra cierta rigidez a aumentar por la caída de la actividad industrial. RETO: Aplanamiento de la curva de carga = aumento de la eficiencia general del sistema 26

27 CON EL INCREMENTO DE POTENCIA, SE PUEDE LLEGAR A SIUTACIONES DE RECORTES RECURENTES. De acuerdo con el estudio de penetración del régimen especial de REE, ya en el año 2014 se corre el riesgo de perder entre un 3% y un 10% de la producción de los Parques Eólicos. Fuente: REE 27

28 LO CUAL SE FACILITA POR LA OPERACION COORDINADA DEL SISTEMA, CASO UNICO EN EL MUNDO HUB VSAT Telem ando WIND FARM... CECRE Punto a Punto Control Center ADSL WIND FARM... CECRE Dedicated line WIND FARM... RAZONES DE LOS RECORTES Sobre cargas en la red. Riesgos de pérdidas de generación por problemas de inestabilidad transitoria. Limitada potencia de cortocircuito que podría afectar a las protecciones de las subestaciones del entorno. Exceso de generación que no puede ser incorporado al sistema. 28

29 LOS RIESGOS DE RECORTES SE INCEMENTAN POR DESVÍOS DE LOS PROGRAMAS DE PRODUCCIÓN Duración de la interrupción: 17 horas Cuantía: ~ MWh Fuente: REE Ejemplo (1/1/2010) integración de alta producción eólica en valles de demanda Demanda baja (valle anual) + elevada producción eólica prevista (~ MW) 29

30 MWh RE Solar RE Hidro RO hidro RE Eolico RE termico RO Fuel-Gas 1 de enero de 2010 MWh de enero de 2010 RO Generación bombeo RO cogeneración RO CC Gas RO Nuclear RO Carbon Saldo intercambios internacionales RE Eolico Fuente: REE Nota: Saldo de intercambios internacionales es negativo porque es exportador MWh de enero de 2010 Importación Exportación RE Eolico La importación ascendía en el momento de las ordenes de reducción en torno a los MWh Exportación en torno a los 800 MWh

31 Los vehículos eléctricos enchufables y la energía eólica

32 LOS VEHICULOS ELECTRICOS UNA FORMA IDONEA DE GESTION DE LA CURVA DE CARGA ANTE LAS LIMITACIONES DEL BOMBEO. Fuente: REE 32

33 EL OPERADOR DEL SISTEMA ES CONSCIENTE DE LAS NECESIDADES DE CARGAS FLEXIBLES COMO EL VEHICULO ELECTRICO ENCHUFABLE Fuente: REE 33

34 GESTION INTELIGENTE DE LA NUEVA DEMANDA INDUCIDA POR LOS COCHES ELECTRICOS ALMACENAMIENTO CONTROLADO EN FUNCIÓN DE LA DEMANDA EN DIFERENTES HORAS VALLE ALMACENAMIENTO UNIFORME DURANTE LA NOCHE Resulta por lo tanto fundamental, para la operación óptima del sistema y la determinación de la infraestructura necesaria: Tiempo de recarga: lento o rápido. Carga inteligente o pasiva. Adecuadas señales de precios. 34

35 LOS MODOS DE CARGA DEPENDEN DE LOS HABITOS DE LOS CONDUCTORES PERO TAMBIÉN AFECTARA A LAS NECESIDADES DE RED Fuente: REE 35

36 ESTIMACIONES DE LOS RECORTES A 2020 BASE Generación eléctrica horaria El consumo de los vehículos eléctricos se concentra durante la noche Durante el día, la energía solar coexiste con la eólica VE 2020 GW Nuclear On-shore Off-shore Biomasa + RSU Cogeneración Carbón Termoeléctrica Fotovoltaica Ciclo combinado Hidráulica GW Con vehículo eléctrico Sin vehículo eléctrico Nuclear On-shore Off-shore Biomasa + RSU Cogeneración Carbón Termoeléctrica Fotovoltaica Ciclo combinado Hidráulica 36

37 INPUTS DE LA MODELIZACIÓN REVE Previsiones de potencia instalada por tecnología Capacidad prevista (MW) Eólica on-shore Eólica off-shore Hidráulica Minihidráulica Fotovoltaica Solar termoeléctrica Cogeneración RSU y biomasa Incremento de la demanda eléctrica Modelo Español Demanda en b.c. (TWh) 286,5 310,1 335,7 Vehículos eléctricos (millones uds) 0,4 1,0 3,0 Demanda de los VE. (TWh/año) 1,10 2,74 8,21 Aumento de la demanda peninsular de electricidad 0,4% 0,9% 2,4% 37

38 EL PANER , UN PASO ATRÁS 38

39 RESULTADOS DE LA MODELIZACIÓN Efecto de los VE en la desconexión de parques eólicos Previsiones de pérdidas de energía eólica durante la noche (mínimo técnico MW): 2020 escenario BASE 1,60% de la producción anual, 96 M /año (0,06 /kwh) 2020 escenario VE: 0,55% de la producción anual, 34 M /año (0,06 /kwh) Previsiones de pérdidas de energía eólica durante el día (mínimo técnico MW): 2020 escenario BASE 0,95% de la producción anual, 57 M /año (0,06 /kwh) 2020 escenario VE 0,28% de la producción anual, 17 M /año (0,06 /kwh) RESULTADOS EN LINEA CON LAS PRIMERAS ESTIMACIONES DE REE 39

40 NUEVO PARADIGMA PARA LA GESTIÓN DEL SISTEMA ELECTRICO: SMART GRIDS

41 EVOLUCIÓN DE LAS REDES ELECTRICAS: ALGUNAS IDEAS El modelo de generación puede ir dejando paso progresivamente a la generación distribuida. Consecuencias: un sistema de generación más flexible y con menores pérdidas. Para garantizar la eficiencia y la operatividad, es imprescindible el desarrollo de infraestructuras de comunicación que permiten la coordinación entre las diferentes fuentes de generación. La introducción de V.E. como cargas flexibles también debe ser tomada en cuenta en estos mecanismos de comunicación. MAS COMUNICACIÓN EN LA GESTIÓN DE LA RED = SMART GRID

42 Red Inteligente Smart Grid Centro de control AT RED AT AT MT Nudo S.E. Esquema de jerarquías de control en una red con varias microrredes interconectadas. Permite adaptar de forma sencilla la necesidad de carga a la disponibilidad de la red. Microrred parking MT BT Nudo CT Microrred con generación / almacenamiento El parking se comunica hacia un nivel superior con el CT para establecer las condiciones de recarga límite. isocket VE isocket VE A su vez, el CT se comunicará con la SET y centro de control correspondiente y gestionará distintos CT con las microrredes que incorporen. isocket VE isocket VE

43 Almacenamiento. Posibilidades V2G Futuro Con la conexión masiva de VE a la red, se obtiene un importante sistema de almacenamiento distribuido capaz de aprovechar el excedente de generación renovable en las horas valle. Venta de energía. Los propietarios de VE conectados a la red, podrían convertirse en agente vendedor de la energía almacenada en sus VE. Apoyo a la red en picos de demanda. RED CON SERVICIOS V2G Con la energía almacenada en el parque de VE, se podría apoyar a la red eléctrica en momentos de picos de demanda. Control de tensión en los nudos. La red de distribución podría aprovechar los VE conectados en BT para, mediante la gestión de los mismos, obtener un control de tensión en los distintos nudos de la red.

44 ESTUDIO PRELIMINAR DE IMPLANTACIÓN DE LA GdD PARA VE Introducción Un nuevo paradigma para el sistema eléctrico: Smart Grids. Los objetivos de reducción de emisiones y de integración de energías renovablesen el mix de generación, ha convertido la evolución de la red eléctrica hacia las Smart Gridsen la verdadera piedra angular del proceso de transición hacia la denominada low-carbon economy. Esta evolución, va más alláde la implementación de mecanismos de gestión de la demanda, conllevando también la aparición de nuevos servicios a proporcionar por parte de los clientes de la red. La gran difusión de la generación y de la acumulación, ya sea exclusiva o a través de vehículos eléctricos, conlleva que la figura del consumidor evolucione hacia la figura del cliente, puesto que este dejará de ser demanda pura. 44/30

45 LOS VEHICULOS ELECTRICOS EN LA GESTION DE LA DEMANDA 45

46 ESTUDIO PRELIMINAR DE IMPLANTACIÓN DE LA GdD PARA VE Mediante el modelo conceptual de Smart Gridpropuesto por el EPRI, se definen distintos dominios asícomo las interfaces que permiten la comunicación entre ellos con tal de poder analizar de forma íntegra las diferentes casuísticas que se pueden dar en estos sistemas. Introducción Actores: Dispositivos, sistemas informáticos y/o las organizaciones propietarias de ellos. Dominios: conjuntos de actores con objetivos comunes que comparten similitudes en el ámbito de las interfaces. Interfaces: Conexiones eléctricas y comunicaciones ente los distintos agentes que componen los dominios Aplicaciones: actividades desarrolladas por uno o más actores dentro de los dominios. 46/30

47 ESTUDIO PRELIMINAR DE IMPLANTACIÓN DE LA GdD PARA VE Escenarios SITUACIÓN ACTUAL: RECARGA NO CONTROLADA C/P: INTRODUCCIÓN DE MECANISMOS DE GESTIÓN ACTIVA DE LA DEMANDA INDIVIDUAL DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO M/P: PARTICIPACIÓN UNIDIRECCIONAL DEL VEHICULO ELÉCTRICO EN LOS MERCADOS DE OPERACIÓN A TRAVÉS DE UN AGREGADOR L/P: PARTICIPACIÓN BIDIRECCIONAL DEL VEHICULO ELÉCTRICO EN LOS MERCADOS DE OPERACIÓN A TRAVÉS DE UN AGREGADOR Penetration rate electrical 47/30

48 ESTUDIO PRELIMINAR DE IMPLANTACIÓN DE LA GdD PARA VE Agente Dominio Aplicaciones Cliente de VE Customer Como usuario de VE requiere la conexión de su vehículo para la recarga de las baterías. Compañía comercializadora Gestor de cargas Compañía distribuidora Service Provider Service Provider Distribution Responsable de adquirir la energía para su posterior venta a los consumidores. Consumidores que están habilitados para la reventa de energía eléctrica para servicios de recarga energética. Es el responsable de la operación y el mantenimiento de la red de distribución a la que se conectará el usuario de VE. Corto plazo Corto Plazo: INTRODUCCIÓN DE MECANISMOS DE GESTIÓN ACTIVA DE LA DEMANDA INDIVIDUAL DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO 48/30

49 ESTUDIO PRELIMINAR DE IMPLANTACIÓN DE LA GdD PARA VE Agente Dominio Aplicaciones Cliente de VE Agregador Operador de la red Operador del mercado Customer Service Provider Operations Markets IDEM C/P Realiza la intermediación entre los usuarios de VE y el operador de la red, permitiendo la participación activa de la demanda en los diferentes mercados de operación del sistema. Es el responsable final de garantizar la estabilidad de la red. Gestiona técnicamente los diferentes mercados de operación de la red en los que la demanda de VE puede participar a través del agregador. Es el responsable de la gestión económica de todos los mercados celebrados en el sistema eléctrico Medio plazo Medio Plazo: PARTICIPACIÓN UNIDIRECCIONAL DEL VEHICULO ELÉCTRICO EN LOS MERCADOS DE OPERACIÓN A TRAVÉS DE UN AGREGADOR 49/30

50 ESTUDIO PRELIMINAR DE IMPLANTACIÓN DE LA GdD PARA VE Agente Dominio Aplicaciones Cliente de Customer IDEM C/P VE Agregador Service Provider Realiza la intermediación entre los usuarios de VE y el operador de la red, permitiendo la participación bidireccional de los VEs en los diferentes mercados de operación del sistema. Operador de la red Operador del mercado Operations Markets Es el responsable final de garantizar la estabilidad de la red. Gestiona técnicamente los diferentes mercados de operación de la red en los VEs pueden participar a través del agregador. Es el responsable de la gestión económica de todos los mercados celebrados en el sistema eléctrico Largo plazo Largo Plazo: PARTICIPACIÓN BIDIRECCIONAL DEL VEHICULO ELÉCTRICO EN LOS MERCADOS DE OPERACIÓN A TRAVÉS DE UN AGREGADOR Se contempla a nivel regulatorio para agregaciones de generadores con más de 10 MW (Art. 33 RD 661/2007) Se requiere el desarrollo de sistemas de comunicación: Recursos altamente distribuidos Recursos móviles Gestión discreta/contínua Retos técnicos para las redes: Control de tensión Estabilidad transitoria Coordinación de protecciones Sobretensiones Formación de islas 50/30

51 SEÑALES DE PRECIOS PARA GESTIONAR LA DEMANDA Ejemplo de 4 mecanismos indirectos de gestión de la demanda. Fuente: Proyecto REVE / IREC 51

52 LA TARIFA DE ACCESO INTRODUCE UNA CIERTA RIGIDEZ EN LA TUR Costes fijos del sistema español previstos para 2010* (Millones de ) Redes Régimen Especial Compensación extra peninsular 920 Anualidades déficit Resto 951 TOTAL *Fuente: OM Tarifas de acceso de 2010 Costes Fijos Costes Energía 52

53 GESTIÓN A TRAVES DE UN AGREGADOR Un agregador es responsable de la gestión de la integración de un cierto numero de VEs: En los mercados de ajuste En los mecanismos individuales (TOU, CPP, DRP, etc.) Esto implica la necesidad de concentrar un nivel de carga suficiente AGREGADOR ACTOR DEL MERCADO ELECTRICO kw 10 MW 53

54 CONCLUSIONES 54

55 CONCLUSIONES La incorporación masiva del vehículo eléctrico enchufable puede contribuir a la mejora de la gestionabilidad de la energía eólica y evitar posibles restricciones por generación no asimilable por el sistema. Supone un cambio del modelo de operación de la red, con la incorporación de sistemas flexibles de gestión y la intercomunicación entre los consumidores y las operadoras de las redes. Es importante desarrollar modelos tarifarios que incentiven la carga por la noche y la agregación de carga, para incrementar el peso en la operación del sistema. 55

56 Muchas gracias por su atención Sergio de Otto Asociación Empresarial Eólica Miranda de Ebro, 20 de enero de 2010

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