Conexión a red instalaciones eléctricas de media potencia. Alberto Ceña Director Técnico Asociación Empresarial Eólica

Transcripción

1 Conexión a red instalaciones eléctricas de media potencia Alberto Ceña Director Técnico acena@aeeolica.org Asociación Empresarial Eólica MADRID 13 MAYO 2011

2 Índice 1. Que es la eólica de media potencia para autoconsumo? 2. Por qué eólica de media potencia para autoconsumo? 3. Desarrollo tecnológico en España. 4. Diferentes soluciones para autoconsumo 5. Problemática de los consumidores industriales en la conexión de los aerogeneradores. 6. Diferentes esquemas de conexión 7. Propuesta de Real Decreto de conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia

3 1. Que es la eólica de media potencia para autoconsumo?

4 QUÉ ES LA EÓLICA DE MEDIA POTENCIA PARA AUTOCONSUMO? Se trata del uso de aerogeneradores de hasta 300kW de potencia unitaria, en instalaciones orientadas al autoconsumo de hasta 600kW de potencia total. Cubre el hueco entre las pequeñas instalaciones domésticas (microgeneración) y las grandes plantas de generación (parques eólicos). Renewable Energy Focus PLANTAS DE GENERACIÓN: Gran eólica APLICACIONES INDUSTRIALES: Minieólica/Eólica de Media Potencia APLICACIONES DOMÉSTICAS: Micro/minieólica 4

5 QUÉ ES LA EÓLICA DE MEDIA POTENCIA PARA AUTOCONSUMO? Son instalaciones: Asociadas a puntos de consumo eléctrico Conectadas a las redes de distribución final (BT o MT), a las que pertenecen el punto/puntos de consumo asociados. Su objetivo es generar parte de la energía eléctrica de un consumidor, por lo que su rentabilidad se basará en la mejora de la eficiencia energética. Por sus características, se adapta de forma óptima a diversas aplicaciones de autoconsumo 1 : El sector industrial Fábricas y polígonos industriales. El sector agropecuario Granjas, regadíos, etc. Grandes instalaciones del sector servicios Centros comerciales, centros de ocio y turísticos, etc. Infraestructuras públicas Puertos, aeropuertos, etc. (1) La directiva europea 2009/28 insta a la administración a que promueva equipos para la utilización de electricidad a partir de fuentes de EE.RR. a la hora de planificar, diseñar, construir y renovar zonas industriales o residenciales, así como a que los edificios públicos cumplan un papel ejemplar en cuanto su apuesta por las EE.RR. (Art. 13) (2) Las instalaciones entre 20 y 100kW se conectarán en baja tensión o media tensión en función del suministro contratado por el propietario. Por encima de 100kW se conectará siempre en media tensión. 5

6 QUÉ ES LA EÓLICA DE MEDIA POTENCIA PARA AUTOCONSUMO? 1. Eólica de media potencia en un centro educativo /the_time_factory.html 2. Eólica de media potencia en una fábrica 3. Eólica de media potencia en un centro comercial 6

7 2. Por qué es interesante eólica para autoconsumo?

8 POR QUÉ EÓLICA DE MEDIA POTENCIA PARA AUTOCONSUMO? 1. Mejora la eficiencia energética global del sistema Genera donde se consume, evitando pérdidas de transporte y distribución. 2. Aumenta la competitividad de las empresas y fomenta una mayor liberalización del sector eléctrico El autogenerador reduce sus costes energéticos y la incertidumbre de la evolución de éstos. Introduce mayor competencia en el precio del suministro energético. 3. Mejora la calidad de suministro en la red de distribución Los aerogeneradores de última tecnología refuerzan la red a la que se conectan y contribuyen a la estabilidad de la misma. 4. Permite incrementar la participación de las renovables Sin necesidad de inversiones en infraestructura eléctrica A un coste competitivo y con un mínimo impacto en la tarifa eléctrica Con menor impacto medioambiental y visual que los grandes parques 8

9 POR QUÉ EÓLICA DE MEDIA POTENCIA PARA AUTOCONSUMO? 5. Es una oportunidad para la industria española en un sector de futuro Está comenzando un desarrollo muy importante del sector 1 en países como EE.UU., Reino Unido, Italia, etc., y el potencial es enorme en países en vías de desarrollo. España tiene la oportunidad de ser líder en tecnología (como ya lo es en la eólica tradicional), pues cuenta con 2 : Tecnólogos con máquinas de calidad Fabricantes de componentes altamente cualificados (tanto del sector eólico como los que podrían incorporarse desde otros complementarios como el sector auxiliar del automóvil) Se trata de un sector intensivo en tecnología, que genera empleo de alta cualificación y en el que la mayoría del valor añadido lo aporta la economía nacional. No obstante, para la consolidación de las empresas españolas del sector es fundamental contar con cierto volumen en el mercado interior para no depender íntegramente de las exportaciones. 9

10 3. Desarrollo tecnológico en España

11 3. DESARROLLO TECNOLÓGICO EN ESPAÑA Gracias al desarrollo tecnológico alcanzado por la industria eólica y a la iniciativa de varias empresas que apuestan por este nuevo sector, en España se está desarrollando un tejido industrial y tecnológico incipiente, destacando: Norvento Energía distribuida máquina de 100kW, prototipo a instalar en Un tecnólogo con máquina comercial: Electria Wind, máquinas de 150 y 200kW), que ya está fabricando para el mercado exterior. Laddes Work Del Valle Aguayo, máquina de 100kW en PSE Minieólica liderado por CIEMAT (prototipo a instalar en 2010). ADES, máquinas de 100 y 250kW, prototipo a instalar en Fabricantes desarrollando o fabricando componentes para estas máquinas: Generadores y convertidores: Ingeteam, GreenPower, ABB España. Palas: Iris Aviación, Sistemas de control avanzado: MLS Componentes mecánicos: Guibe. Centros tecnológicos involucrados en los desarrollos y homologaciones: CIEMAT, CARTIF, TECNALIA, INTA, CIRCE. Al tratarse de un sector que ha empezado a desarrollarse muy recientemente, apenas existe tecnología a nivel mundial, por lo que la industria española está muy bien posicionada y tiene una gran oportunidad de liderar el segmento. 11

12 4. Distintas soluciones de autoconsumo

13 AUTOCONSUMO Eólica + Red Eléctrica a) Viento Bajo. La Red eléctrica es la satisface la mayor parte de la demanda de la industria. b) Viento Creciente. La generación eólica aumenta y baja el consumo de red Viento a) b) 80 kw 200 kw d) 80 kw c) Conexión brusca de carga controlada (p.ej: bombas..). La respuesta se realiza mediante el suministro de la red, pero la carga se asume por los aerogeneradores a corto plazo en caso de disponer de recurso Eólica 50 kw 50 kw Limitación Potencia d) Variación viento. La potencia generada entre la red y eólica se ajusta para coincidir con la carga Red 20 kw 20 kw Carga en Sistema 100kW c) 0 kw 200kW e) 100kW e) Desconexión brusca de carga. La respuesta se realiza por la red. 13

14 AUTOCONSUMO Eólica + Grupo Diesel a) Viento Bajo. El sistema diesel genera la mayor parte de la demanda. b) Viento Creciente. La generación eólica aumenta y baja el diesel. Apagado de grupos. Viento a) b) 90 kw 190 kw d) 90 kw c) Conexión brusca de carga. La respuesta se realiza por los grupos diesel, pero la carga se asume por los aerogeneradores a corto plazo. Eólica 50 kw Limitación Potencia d) Variación viento. La potencia generada entre diesel y eólica se ajusta para coincidir con la carga Diesel Carga en Sistema 50 kw Diesel Pmin 100kW c) 200kW Posibilidad de optimizar arranques diesel 10 kw 10 kw 10 kw e) 100kW e) Desconexión brusca de carga. La respuesta se realiza por los grupos diesel, pero la carga se asume por los aerogeneradores a corto plazo. 14

15 Aplicaciones de los Sistemas Híbridos Autoconsumo con Eólica + Diesel. Sistemas Híbridos. Aplicación Poblaciones o instalaciones que por situación geográfica o grado de desarrollo del entorno tienen dificultades de acceso de forma continua, estable y suficiente a una red eléctrica. Conexión con red es inabordable, Coste económico. Problemas medioambientales, sociales, etc. Sistemas Convencionales Generación eléctrica con grupos diesel o pequeñas centrales. Localizaciones remotas, difícil acceso, etc. - Alto coste del combustible. - Riesgo de vertidos. Sistemas Híbridos Renovables Reducen la dependencia del combustible y fuentes externas. Aprovechamiento recursos locales. Mejoran rentabilidad de sistema (menor coste generación). Ventajas medioambientales

16 Autoconsumo con Eólica + Diesel. Sistemas Híbridos. Características Cuando un sistema es Híbrido? Potencia renovable instalada del mismo orden que la convencional, penetración importante. El sistema tiene que participar en la regulación y control del sistema eléctrico resultante. Sistemas eólico-diesel (Wind-diesel) Generación eólica en paralelo con los grupos diesel para reducir el consumo de combustible. Servicios de control de Tensión y frecuencia de la red realizados por grupos diesel y sus controles estándar. Siempre queda al menos un grupo conectado. Respuesta ante variaciones en red (V y f) la realizan los grupos (Q y P). Control sistema híbrido, ajusta la producción eólica y/o las cargas del sistema, para maximizar el ahorro en función de las condiciones de viento y consumos sistema. Los aerogeneradores se ven en el sistema como cargas negativas. Se prima sencillez y seguridad de suministro frente a penetración eólica (suministro de una población por ejemplo). Optimización. Posibilidad de incluir sistemas de almacenamiento, Alta capacidad. Aumentar el desplazamiento de generación convencional (HP, EZ+FC, CAESS). Baja capacidad. Optimizar la operación de los diesel (FESS, BESS). La conexión de instalaciones de pequeño tamaño puede considerarse generación distribuida Grupos diesel son sistemas muy robustos y sus controles sencillos, responsabilidad control. Aerogeneradores, producción energía. Permiten desplazamientos del 40% energía consumida (sin sistemas de almacenamiento) 16 16

17 Control Sistema Híbrido OBJETIVOS Maximizar la generación eólica en función de las condiciones de viento y demanda del sistema. Mantener seguridad suministro. Es necesario adaptar potencia entregada por el sistema a los consumos existentes. Control potencia en Aerogeneradores (Pitch Variable). Utilización de cargas regulables. Resistencias. En ambientes fríos calentamiento de agua. Sistemas de almacenamiento (HP, CAES, EZ+FC). Grupos Diesel. Mínima generación limitada por problemas técnicos (problemas si medio plazo Pav < 30%) Control gestiona apagado y encendido de los grupos. Optimización del diseño, Gestión Reactiva. Combinación grupos diesel diferentes potencias. Grupos preparados para funcionamiento a bajas cargas (10%). Modificación diesel. Operación como motor. Producción-Consumo Q por aerogeneradores Diesel, pequeñas variaciones para control V. Gestión de los sistemas de almacenamiento Autoconsumo con Eólica + Diesel. Sistemas Híbridos. Control Optimización generación, reducir arranque/parada. Mantenimiento de reserva (spinning) que cubra la caída del aerogenerador con mayor producción (Diesel o BESS-FESS). Fundamental poder limitar potencia o aumentar carga en caso de exceso de generación Permite optimizar el sistema y reducir consumo de diesel Optimiza punto funcionamiento generador síncrono (cos φ 1) Seguridad de suministro 17 17

18 Autoconsumo con Eólica + Diesel. Sistemas Híbridos. Ejemplos Proyecto: Denham Año: 1998/1999/2007 Sistema Diesel: 2x280kW + 2x580kW + 2x250kW LLD Sistema Eólico: (3+1)x230kW ENERCON E-30/33 Otros: Flywheel Lugar: Denham WA (Australia) Promotor: Verve Energy Proyecto: Cascade Año: -- Sistema Diesel: -- kw Sistema Eólico: 2x100kW NORTHERN POWER 100 Lugar: Village of Cascade Wisconsin (USA) Promotor: Village of Cascade Proyecto: Kasigluck Año: 2006 Sistema Diesel: -- kw Sistema Eólico: 3x100kW NORTHERN POWER 100 Lugar: Kasigluck-Old Kasigluck-Nunapitchuck Alaska (USA) Promotor: Alaska Village Electric Cooperative SISTEMAS FASE COMERCIA L Proyecto: San Cristóbal Año: 2007 Sistema Diesel: 3x650kW Sistema Eólico: 3x800kW MADE AE-59 Lugar: Isla San Cristóbal Galápagos (Ecuador) Promotor: EOLICSA

19 AUTOCONSUMO Eólica + Grupo Diesel + Almacenamiento a) Viento Bajo. La carga del sistema se cubre entre los aerogeneradores y el sistema de almacenamiento. b) Viento Creciente. La generación eólica aumenta y se comienza a almacenar en lugar de generar con sistemas de almacenamiento. Viento Eólica a) b) 220 kw 220 kw d) c) Conexión brusca de carga. La variación en la carga hace que se invierta menos energía en almacenamiento y se utilice directamente en las cargas. Storage System 50 kw 50 kw Generación d) Variación viento. La potencia generada entre el sistema de almacenamiento y eólica se ajusta para coincidir con la carga Carga en Sistema 100kW 120 kw c) 20 kw Almacenamiento 200kW e) Generación Diesel e) Aumento carga. Un nuevo aumento mantenido provoca el agotamiento de la energía almacenada y la necesidad de generación diesel

20 Autoconsumo con Eólica + Diesel + Almacenamiento. Sistemas Autónomos Sistemas Autónomos. Características Un paso más en la integración de eólica en sistemas aislados es la posibilidad de funcionar con el grupo diesel completamente apagado (diesel-off mode o Stand-alone system). Existen dos posibles escenarios, Sistema Autónomo en paralelo con diesel. Grupo diesel apagado cuando hay recurso eólico suficiente para cubrir la demanda del sistema. Grupos diesel funcionan en paralelo con los aerogeneradores cuando no hay recurso eólico suficiente para cubrir la demanda. Sistema Completamente Autónomo. Generación casi 100% eólica (al menos durante periodos significativos). Dimensionamiento de sistema eólico para cubrir demanda y almacenamiento. Inclusión y dimensionamiento de sistemas de almacenamiento de alta capacidad (hidrógeno, bombeo... aire comprimido) para cubrir demanda en ausencia de viento. Se aumenta la penetración en el sistema pero, Mayor coste y por tanto inversión Rentabilidad? Mayor complejidad técnica. Personal O&M mejor formado. SISTEMAS EN FASE DEMOSTRACIÓN Photo Vattenfall 20 20

21 Autoconsumo con Eólica + Diesel + Almacenamiento. Sistemas Autónomos. Control Control Sistema Autónomo OBJETIVO Coordinación sistemas para optimizar el recurso renovable. Seguridad de suministro Control de frecuencia. Sistema especifico con almacenamiento baja capacidad (FESS, BESS). Control de frecuencia y estabilización de la red. Cubren tanto las variaciones de potencia por fluctuaciones de viento como de cargas. Dimensionamiento actuación durante segundos. Aerogeneradores. Energía almacenada en rotor Control de Tensión Respuesta lenta para control de frecuencia. Problemas en tren de potencia y elementos mecánicos. Opciones con almacenamiento en DC-link. Lazo de control potencia específico. Convertidor aerogenerador tiene capacidad suficiente Se incluye un sistema de baterías + inversor como back-up y emergencia. Dimensionamiento actuación durante minutos Gestión de los diferentes sistemas para optimización del funcionamiento. Normalmente se utiliza un sistema Flywheel para control frecuencia y estabilización de red 21 21

22 5. Problemática de los consumidores industriales en la conexión de los aerogeneradores

23 Consumidores Industriales. Características Industrias e instalaciones con potencia contratada kW Grandes beneficiarios/usuarios autoconsumo (capacidad inversión, significativo consumo eléctrico, etc.) Pto. Conexión contratado en MT para obtener mejor tarifa eléctrica Red interna BT de cierta potencia, donde se conectan las cargas y consumos de la instalación Ámbito de aplicación Real Decreto. Cogeneración, renovables y residuos hasta 100kW conectados a la red de BT. Cogeneración hasta 1000kW conectados a la red de MT (hasta 36kV). Tipos de Conexión. Tipo A. Conexión en red interior de consumidores. Potencia limitada a 10kW Tipo B. Conexión a un nudo de la red de la compañía distribuidora en BT. Tipo C. Conexión en centro de transformación de la compañía mediante línea dedicada de BT. Tipo D. Conexión a centro de distribución de MT con una tensión menor o igual a 36kV Combinación Limitaciones: Renovables 100kW conexión en BT Conexión a red interna < 10kW El RD no es útil para la generación renovable por consumidores industriales de tamaño medio 23

24 Tipología de instalaciones Instalaciones de conexión Tipo A: instalaciones conectadas a un punto de la red de baja tensión de la empresa distribuidora Instalaciones de conexión tipo B: instalaciones conectadas en la red interior de un titular de potencia no superior a 10 kw Instalaciones de conexión tipo C: instalaciones conectadas a un centro de transformación de baja tensión con línea dedicada Instalaciones de conexión tipo D: instalaciones conectadas mediante línea dedicada a un punto de un centro de distribución de tensión hasta 25 kv No cubren todas las posibilidades Se propone unas de estas 2 opciones: Eliminar el límite de 10kW para el tipo B Establecer nuevo grupo para instalaciones conectadas a redes internas de mas de 10kW 24

25 6. Diferentes esquemas de conexión

26 Análisis de un caso práctico de instalación industrial Fábrica con una potencia contratada entre kW Se consideran dos casos eléctricamente equivalentes, uno de una instalación conectada en BT y otro conectada en MT (más usual para estas potencias) Se desea auto-generar una parte significativa de su consumo, se necesita cierto tamaño de generador. Instalación de un aerogenerador de 100kW LINEA TRANSPORTE 220kV LINEA DISTRIBUCION 20kV TRANSFORMADOR DE TRANSPORTE 220kV/20kV PARTE PÚBLICA RED OPCIÓN 2 NO VÁLIDO Aprovechar mismo pto Tipo conexión D. 100kW, instalación conexión limitada consumidora a BT, no MT Nuevos puntos de conexión fuera de la instalación. Incremento costes e inversiones (líneas, trafos, etc.) Adaptación de esos puntos a potencia de generación. Desaparece la asociación punto generación y punto consumo. No Net-metering PARTE PÚBLICA RED TRANSFORMADOR DISTRIBUCIÓN 20kV/400V TRANSFORMADOR PARTICULAR 20kV/400V TRANSFORMADOR DISTRIBUCIÓN 20kV/400V PARTE PÚBLICA RED M L M FÁBRICA A Punto conexión en BT. Precios electricidad en BT OPCIÓN 1 Conexión mismo pto. OK red pública Tipo B que la instalación consumo asociada M L M FÁBRICA B Punto de conexión en MT. Precios electricidad en MT OPCIÓN 3 Buscar nuevo pto. OK Tipo C conexión en otra red pública de BT OPCIÓN NO VÁLIDO 1 Aprovechar Tipo A. Conexión la red interna Red Interna de la instalación limitada < 10kW 26

27 7. Propuesta de Real Decreto de conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia

28 Objetivo de la propuesta de RD de conexión de instalaciones de pequeña potencia La propuesta de RD pretende establecer condiciones especificas para la conexión de las instalaciones de pequeña potencia desde el punto de vista: Administrativo Técnico Un procedimiento especifico de conexión puede contribuir al desarrollo y promoción de las tecnologías de generación descentralizada. Dentro de la generación distribuida, no hay que olvidarse de los consumidores industriales.

29 La propuesta de RD establece un procedimiento administrativo claro y unificado, además de definir los requisitos técnicos aplicables a esta conexión. Supone un avance ya que: Establece un procedimiento abreviado para las instalaciones que ya disponen de un punto de suministro. Introduce un sistema para saldar la electricidad generada y consumida. Sin embargo, la inclusión de temas no relacionados con el objetivo del RD, no favorece la simplificación.

30 Ámbito de aplicación de la propuesta de RD para instalaciones eólicas Instalaciones de potencia no superior a 100kW que se conecten a las líneas de tensión no superior a 1kV de la empresa distribuidora, bien directamente o a través de una red interior de un consumidor. Parece insuficiente la limitación de potencia a 100kW teniendo en cuenta el consumo industrial. En relación a la agrupación de instalaciones y potencia de referencia total, se considera que habría que hacer referencia a la necesidad de que las instalaciones sean de igual tecnología en el caso de que compartan infraestructuras. P 10kW Instalaciones de conexión abreviada. Conexión mediante procedimiento abreviado.

31 Solicitud de punto de conexión El promotor solicitará a la distribuidora el punto y las condiciones técnicas de conexión necesarias según corresponda en función de la potencia instalada. Aval: 50 /kw antes de la solicitud de acceso para las instalaciones a las que le sea aplicable este RD. La dispersión y la falta de uniformidad observada entre las Cías. Distribuidoras, tanto a la hora de fijar los requisitos técnicos como la verificación de los mismos, hace necesario que la propia CNE haga un esfuerzo en el sentido de armonizar y evitar la mencionada dispersión.

32 Condiciones técnicas de conexión En el plazo de 1 mes, desde la recepción de la solicitud, la distribuidora notificará la propuesta relativa a las condiciones de conexión, incluyendo: Puntos de conexión y medida propuestos Tensión máxima y mínima de la red en el punto de conexión. Pcc máxima para el calculo de protecciones y mínima en explotación normal para el calculo de V en el punto de conexión Si al potencia nominal máxima disponible de conexión es inferior a la potencia de la instalación la empresa distribuidora podrá denegar la solicitud indicando de forma clara las razones y las modificaciones técnicas necesarias para permitir conectar la potencia solicitada. Si la distribuidora incumple el plazo de notificación el interesado podrá solicitar la intervención del órgano de la administración competente. (Penalizaciones para la distribuidora)

33 Condiciones técnicas de conexión Una vez aceptada la propuesta del distribuidor el solicitante dispondrá de 15 meses,(24 meses) la inscripción en el Registro administrativo de producción de RE. En el RD aparece la necesidad de inscribir la instalación en el Registro de preasignación de retribución, hecho que puede dificultar la tramitación administrativa.

34 Condiciones técnicas. Interconexión. Esquema que minimice pérdidas en el sistema, al menor nivel de tensión posible. Si la instalación tiene una P>5kW conexión en trifásica En la interconexión, la variación de tensión provocada por la conexión y desconexión debe ser 2.5% fdp suministrado a la empresa distribuidora > 0,9 Se debería hacer mención que a las instalaciones objeto de este Real Decreto le es de aplicación el complemento por reactiva. 34

35 Condiciones técnicas. Protecciones 1. Interruptor general manual (magnetotérmico con Icc > Icc comunicada por la distribuidora en punto de conexión) accesible por la distribuidora 2. Interruptor automático diferencial 3. Interruptor automático de la interconexión, con relé de enclavamiento 4. Protecciones de la interconexión máxima y mínima frecuencia (50,5 48 Hz, tiempo de actuación 0,5s) y máxima y mínima tensión entre fases (1,15 0,85 Un, tiempo de actuación 1,5s) 5. Para U>1kV y hasta 36kV inclusive Desconexión por máxima tensión homopolar 35

36 Procedimiento de venta y facturación Las instalaciones de generación conectadas en un mismo punto de la red de distribución que un consumidor eléctrico, o en una red interior de un consumidor. Saldo neto entre energía producida y energía consumida FOMENTO DEL AUTOCONSUMO 36

37 MUCHAS GRACIAS POR VUESTRA ATENCIÓN Alberto Ceña Director Técnico Asociación Empresarial Eólica Madrid 13 Mayo 2011