Energía Eólica: Situación Actual, Desarrollo Futuro y Necesidades de I+D Ignacio Cruz CIEMAT Concepción Chile de Enero 2005

Transcripción

1 TALLER DE ENERGÍA RENOVABLES Situación Mundial y Usos Potenciales en el País Energía Eólica: Situación Actual, Desarrollo Futuro y Necesidades de I+D Ignacio Cruz CIEMAT Concepción Chile de Enero 2005

2 Índice: Situación actual de la Energía Eólica en el Mundo. Áreas prioritarias de I+D en Energía Eólica Promoción de la energía eólica: Ejemplo de la experiencia obtenida en España Educación y desarrollo de recursos humanos Situación tecnológica en España y Europa. Evolución tecnológica. Objetivos de los nuevos desarrollos tecnológicos. Conclusiones. 2

3 Evolución de la potencia eólica instalada en el mundo (MW) (Diciembre 2003) (MW) POTENCIA TOTAL INSTALADA EN EL MUNDO MW Instalados en el Año MW ACUMULADOS

4 Capacidad instalada por continentes UNION EUROPEA AMERICA DEL NORTE 6687 ASIA 2466 AFRICA JAPÓN, AUSTRALIA Y NUEVA ZELANDA SUD-AMERICA Y AMERICA CENTRAL ORIENTE PRÓXIMO TOTAL MUNDIAL MW 4

5 Reparto del mercado mundial en el año 2002 (7,436 MW). 25 Fuente: IDAE, BTM Consult ApS-marzo % % 13.9 % % % 6.8 % 6.8 % 5.0 % % 3.0 % 1.6 % 0 5

6 Areas Prioritarias de I+D en Energía Eólica Estudio de mercado, desarrollo de políticas de promoción y análisis de beneficios económicos de la energía eólica. Estudios de impacto medioambiental y social. Desarrollo de aerogeneradores y componentes. Evaluación, estandarización y certificación. Integración en red: Predicción de potencia eólica, almacenamiento de energía. Operación y Mantenimiento. Localización y desarrollo de parques eólicos. Tecnología para desarrollo de la eólica marina. Aerogeneradores de pequeña y gran potencia (Mega y Multi-MW). 6

7 Políticas de promoción (Ejemplo España) Ley del sector eléctrico, 54/1997 de 27 de noviembre de 1997 Principal objetivo: Liberalización del mercado eléctrico Establece un Régimen Especial para las E.R. (< 50 MW). Ofrece la Garantía de acceso a la red eléctrica. Implanta una prima para las energías renovables (compensación costes extern). Establece un plan de fomento de las energías renovables (12% elec. con ER en 2010) Real Decreto 2818/1998 de 23 de diciembre de 1998 Definió el procedimiento administrativo para acogerse al Régimen Especial Estableció las primas (precio fijo o precio de mercado + prima). Reguló las relaciones entre productores y distribuidoras. Real Decreto 436/2004 de 12 Marzo de 2004 Establece las condiciones garantizadas durante la vida útil del proyecto. 90%TR (5 años), 85%TR (10 años) y 80%TR (resto de años) para parques entre 5 y 50 MW. 90%TR (15 años) y 80%TR (Resto de años) en parques de potencia menor que 5 MW. Establece una Tarifa de Referencia anual (TR = 7,2072 ce/kwh) para calcular todos los incentivos. El promotor puede acogerse a precio fijo vendiendo a la compañía eléctrica. Promueve el acceso a mercado mediante una prima (40%TR) + incentivo (10%TR) Exige la predicción de la potencia eléctrica para venta a compañía eléctrica. Bonifica los aerogeneradores que no desconectan en huecos de tensión (4%TR 5 años) 7

8 Resultados de la política de promoción de la energía eólica en España (MW) POTENCIA ACUMULADA (MW) 7000 POTENCIA ANUAL INSTALADA (MW) INSTALADO ACUMULADO INSTALADO ACUMULADO

9 Inversión anual en el sector de la energía eólica en España INVERSIONES (Millones de EUROS) , Fuente: IDAE Año 2002: Datos Provisionales AÑO 9

10 Situación Actual y Previsión Futura en Europa Primer objetivo: Alcanzar 40 GW en el año 2010 en la Unión Europea Nuevo objetivo (abril 2002) : 60 GW en el año 2010 en la Unión Europea Nuevo objetivo (junio 2003): 75 GW en el año 2010 en la Unión Europea. Previsiones consultora BTM : 90 GW en el año 2010 en la Unión Europea. Objetivo para la energía eólica en España: 13 GW (año 2011) España en segunda posición mundial, con mas de 8,000 MW instalados (Diciembre 2004) Tres fabricantes españoles, GAMESA EÓLICA, MADE (ahora GAMESA-MADE) y ECOTÈCNIA, dentro de los diez mayores fabricantes mundiales en el año Nuevos fabricantes como EHN-Ingetur o Mtorres entran en el mercado. CLAVE: Recurso eólico y Marco legal estable con precio garantizado a largo plazo Marco legal estable con precio garantizado a largo plazo: Sistema de tarifas con precio bonificado en reconocimiento a los beneficios medioambientales obtenidos. 10

11 Educación y desarrollo de recursos humanos Establecer cuales son las mayores demandas de conocimiento actuales y futuras. Desarrollo de Programas Nacionales e Internacionales de I+D en Universidades y Centros Tecnológicos. Desarrollo de programas de entrenamiento. Realización de intercambios y estadías de profesores y alumnos entre los distintos centros. Desarrollo de material educacional. 11

12 Situación tecnológica actual del aerogenerador tipo en España (2004) Eje horizontal. Tripala a barlovento. Regulación por perdida o cambio de paso (1/1). Velocidad constante (2 velocidades)/variable (1/1). Generador de inducción (rotor cc/rotor bobinado). Multiplicadora de ejes paralelos. Torre tubular de acero. Potencia nominal media <> 850 kw 12

13 Situación tecnológica actual del aerogenerador tipo en Europa (2004) Eje horizontal. Tripala a barlovento. Regulación por perdida o cambio de paso (1/2). Velocidad constante (2 velocidades)/variable (1/2). Generador de inducción (rotor cc/rotor bobinado). Multiplicadora de ejes paralelos Torre tubular de acero. (H = D -0.3 ) Potencia nominal media <> 1300 kw 13

14 Evolución del tamaño de los aerogeneradores (1) Ø = Diámetro del rotor Pnom = Ø Año kw Ø =15m 100 kw Ø =20m 500 kw Ø =40m 2000 kw Ø =80m 1300 kw Ø =60m 850 kw Ø =52m 660 kw Ø =47m 3600 kw Ø =104m 5000 kw Ø =124m

15 Evolución del tamaño de los aerogeneradores (2) ALEMANIA ESPAÑA kw

16 Evolución de la tecnología (1) PÉRDIDA AERODINÁMICA * CAMBIO DE PASO * * * * PÉRDIDA AERODINÁMICA ACTIVA Taller de Energías Renovables * * VELOCIDAD CONSTANTE * VELOCIDAD SEMI-VARIABLE * * VELOCIDAD VARIABLE * * * * CON CAJA DE MULTIPLICACIÓN * * * * * * SIN CAJA DE MULTIPLICACIÓN * GENERADO ASÍNCRONO * * JAULA DE ARDILLA GENERADOR ASÍNCRONO, ROTOR BOBINADO * * * GENERADOR SÍNCRONO * SÍNCRONO MULTIPOLO * NEG Micon VESTAS NORDEX MADE ENERCON NEG Micon ECOTECNIA BONUS GAMESA VESTAS LAGERWAY BONUS NORDEX REpower Mtorres MADE DeWind JEUMONT ECOTECNIA

17 Evolución de la tecnología (2) (%) PERDIDA AERODINÁMICA CAMBIO DE PASO

18 Evolución de la tecnología (3) (%) VELOCIDAD CONSTANTE VELOCIDAD VARIABLE

19 Evolución de la tecnología (4) (%) Asíncrono Síncrono Asíncrono Doble Alimentado

20 Objetivos de los nuevos desarrollos tecnológicos Reducción de costes de generación. Optimización del diseño. Incremento de la eficiencia. Simplificación de la tecnología. Aumento de la integración en red. Desarrollo de nuevos mercados. Reducción del impacto medioambiental. Desarrollo de aerogeneradores marinos. 20

21 Reducción de costes de generación. Reducción del coste especifico de los aerogeneradores. Desarrollo de tecnologías avanzadas de fabricación. Reducción de los costes de instalación. Reducción de los costes de O y M. Mejora en el rendimiento de la transformación. Mejora de la disponibilidad. 21

22 Optimización del diseño Incremento de la captura energética. Reducción de cargas. Diseños SOFT Palas flexibles. Bujes articulados. Torres flexibles. Velocidad variable. Nuevas estrategias de control. Nuevos materiales. 22

23 Incremento de la eficiencia Nuevos perfiles aerodinámicos. Desarrollo de perfiles aerodinámicos a medida 3D y aerodinámica no estacionaria. Aerodinámica del rotor operando en pérdida. Nuevos diseños de palas. Nuevos materiales, reducción de ruido acústico. Velocidad variable. Nuevos generadores. (SRM) Nuevos convertidores. (BtB, IGCT ) 23

24 Simplificación de la tecnología Integración del tren de potencia. Diseños sin caja de multiplicación. Generadores síncronos de imanes permanentes. Diseños Híbridos (caja 1 etapa + Generador Multipolar de bajo número de polos) Estrategias de regulación pasiva. Orientación libre (sotavento). Diseños de fácil montaje/desmontaje. 24

25 Mejora de la disponibilidad. Taller de Energías Renovables Diseños certificados (IEC y ). Herramientas de diagnóstico y análisis de fallos en el diseño. Diseño enfocado a las condiciones externas. (Bajos/Altos vientos, alta turbulencia ) Calidad de fabricación (ISO 9001). Manuales de operación y mantenimiento adecuados con métodos de test y evaluación eficientes y de corta duración. Mantenimiento basado en monitorización (predictivo). 25

26 Aumento de la integración en red. Mejora de la calidad de la energía.(iec ) Control de potencia activa y reactiva. Incremento de la robustez frente a fallos de red. Desarrollo de nuevas estrategias de control. Desarrollo de herramientas de predicción de la potencia eólica a corto plazo. Desarrollo de tecnologías competitivas de almacenamiento de energía. (ahorro hidráulico, bombeo, baterías de flujo, aire comprimido..) Desarrollo de sistemas híbridos. 26

27 Desarrollo de aerogeneradores para nuevos mercados Altos/Bajos vientos. Terreno complejo/alta turbulencia Aplicaciones marinas. (Off-shore) Aplicaciones aisladas de red. Sistemas eólico-diesel Desalación de agua de mar Producción de hidrógeno. Integración en edificios. 27

28 Reducción del impacto medioambiental. Diseños reciclables. Uso de nuevos materiales. Reducción del ruido acústico. Nuevos perfiles. Diseño de punta de pala. Velocidad variable. Reducción del impacto visual. Grandes aerogeneradores. Diseños estéticos e integrados en el paisaje. 28

29 Desarrollo de aerogeneradores marinos Mayor velocidad específica. Menor perfil vertical y turbulencia. Diseño estanco frente a humedad, corrosión..) Distintos conceptos de cimentación: Pilar único o monopilar. Multipilar (Tripodes). Bancada de hormigón o acero. Cajón hidráulico simple o múltiple. Flotante. 29

30 Aplicaciones eólicas aisladas de red Mercado de alta demanda (Zonas con alto potencial eólico y sin red eléctrica convencional). Sector técnicamente desarrollado pero con poca experiencia y datos de operación a largo plazo. Tecnología mas compleja (control, almacenamiento corto/medio plazo). Dificultad de financiación. Difícil viabilidad económica. Requiere de apoyo político claro. Falta de aerogeneradores adecuados. Dificultad de adecuada O&M Alta complementariedad energética en sistemas híbridos con otras energías renovables (solar fotovoltaica, hidráulica, biomasa) y no renovables (diesel, gas..) 30

31 CONCLUSIONES Tecnología madura pero continuamente en desarrollo muy dinámico. Falta experiencia en operación y mantenimiento a largo plazo. Faltan plantas de ensayo especializadas. Cual es el límite de potencia de un aerogenerador? Cual es la máxima potencia integrable en red? Que nuevas aplicaciones nos depara el futuro? Queda mucho por hacer en el desarrollo de la tecnología de aprovechamiento eólico. 31