La Generación Eléctrica Distribuida D. Jesús María Goiri Consejero director general del EVE

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1 La Generación Eléctrica Distribuida D. Jesús María Goiri Consejero director general del EVE Donostia, 13 de julio de Definiciones 2. Sistema de Generación Distribuida 3. Servicios suministrados por la Generación Distribuida 4. Ventajas de la Generación Distribuida 5. Cuestiones relevantes para el despliegue 6. Normas 7. Tecnologías de GD fósiles 8. Tecnologías de GD renovables 9. Tecnologías de GD de almacenamiento 10. Gestión de la demanda 11. Tecnologías auxiliares 12. Conclusiones 1

2 Definición de GD Generación, almacenamiento, o sistemas de gestión de la demanda conectado a la red de distribución. Situadas en los locales del cliente antes o después del contador Situadas en otros puntos del sistema de distribución, como en las subestaciones de la compañía eléctrica Definición de Recursos Energéticos Distribuidos Generan o almacenan electricidad Localizados en o cerca del consumo Pueden estar conectados a la red o aislados Tienen más valor que la red: Valor para el cliente Beneficios para la distribución Sistemas de apoyo o emergencia Valor social o ambiental 2

3 Definición proveedor distribuido Un Proveedor Distribuido incorpora generación distribuida, almacenamiento y sistemas de gestión de la demanda en una cantidad energéticamente significativa en su Sistema de transporte y distribución para potenciar su generación centralizada y optimizar sus recursos de transporte y distribución. Central Central Viento Generador Cargas remotas Pila combustible Clientes Eficiencia Cliente Batería FV Sistema actual Sistema de mañana 3

4 Panorámica del sistema con GD Generación Centralizada Distribución Subestación Transporte Fotovoltaica Fotovoltaica Renovables Renovables Pila Pila de de Combustible Combustible Micro-Turbina Micro-Turbina Turbina Turbina de de Gas Gas Motores Motores Alternativos Alternativos Motores Motores Alternativos Alternativos Pila Pila de de Combustible Combustible Volante Inercia Volante Inercia Cargas Cargas Generación Distribuida Residencial Industrial Comercial Servicios suministrados por la GD Servicios Cogener. S. Emerge. Picos Sop. red Desconec. Energía Bajo coste para clientes Producción mínima Alternativa a contratación picos Reduce pérdidas Debe suministrar todos serv. Capacidad Reserva Suministra capacidad No hay reserva Reserva para el cliente No se utilizan para esto Evita coste de picos Podría fuera de los periodos pico Puede evitar problemas de capacid. Podría fuera de los periodos pico Debe suministrar todos serv. Debe suministrar todos serv. Fiabilidad Más fiables que los gen. de la red Su propósito es 100% fiabilidad Incrementa la fiabilidad Incrementa la fiabilidad Debe suministrar todos serv. Calidad apoyo Provee protección de los prob. red Necesario por mant./averías No se usan para ello El sistema es el back up Puede ayudar a evitar ciertos probl.. Puede actuar como back up Para mejorar factor de pot. y apoyo voltaje No usado para back up Debe suministrar todos serv. Debe suministrar todos serv. 4

5 Beneficios de la GD Implicado Cogener. S. Emerge. Picos Sop. red Desconec. Cliente Costes menores y mayor fiabi. Evitar pérdidas por cortes Menor coste de picos Mejor servicio Evitar coste back up Sistema T&D Positivo o negativo depende Puede integrarse para proveer benefi. Puede integrarse para proveer benefi. Mejora estabilidad y servicio Pérdida de cliente ESP (Suministrado r servicios Energéticos) Puede vender calor y electr. Independie. Puede vender este servicio Puede vender servicio Puede obtener beneficios como propie. Puede obtener beneficios como propie. Suministrador es de GN Más consumo de gas Impacto mínimo pero costo client. alto Coincidencia de picos eléct. con valle gas Beneficios parecidos a los de picos Más consumo de gas Sociedad Ambientales, ahorro, y desarrollo eco. Seguridad y salud Ambientales y desarrollo eco. Ambientales y desarrollo eco Poco rentable en mercados comptvos. Beneficios de la GD 2 Da a los clientes la posibilidad de escoger Provee servicios eléctricos de una manera desempaquetada Gestión de la carga Flexibilidad de COMBUSTIBLE Atraso o reducción de inversiones en T&D 5

6 La oportunidad del proveedor distribuido Optimización de recursos Sistema de PG&E carga como % de la carga máxima Factor Carga (%) Utilización Recursos generación Utilización Recursos distribución Sistema PG&E Línea alimen Porcentaje del año (%) Distributed Utility Associates, Used with Permission 11 Cuestiones relevantes para el despliegue de la GD Impacto en la seguridad Programabilidad Recuperación de inversiones ya realizadas en generación y distribución Control de la calidad de la energía suministrada por un gran número de generadores peque ños Back up necesario Normas adecuadas para el despliegue: que incentiven la GD sin discriminar a favor o en contra de ciertas tecnologías 6

7 Cuestiones a tener en cuenta para el desarrollo de normas Impacto en la seguridad y fiabilidad de la red Reducción del uso de la red de transporte (costo no-recuperado) Grado de soporte (back-up) requerido de la red de distribución Programabilidad La GD es beneficiosa para la red Requiere comunicaciones y medida avanzadas para control y programación Tecnologías de GD Basadas combustibles fósiles Basadas en tecnologías renovables Almacenamiento Gestión de la demanda 7

8 Tecnologías combustibles fósiles Motores combustión interna Diesel Gas natural Turbinas de gas Micro-turbinas Pilas de combustible Beneficios de GD basada en combustibles fósiles Programable Puede ser usada para base y picos Fiable Usable a ambos lados del contador Combustible disponible fácilmente Primera en adoptarse 8

9 Status comercial Dispon. Comercial Tamaño Coste inst. ( /Kw.) Coste M&O ( /Kwh.) Eficiencia (PCS) Aplicación Motores CI Bien establecidos 50kW-5MW ,5 1, % Gen. base Turbinas de gas Bien establecidos 1MW-50MW ,2 0, % Gen. Base picos Pilascombustible Micro- Turbinas Nuevo producto 25kW- 200kW ,2 1, % Picos Gen. Base En desarrollo 1kW-1MW > ,3 1, % Gen. Base Motores de combustión interna Tecnología probada de bajo costo Buen rendimiento eléctrico y recuperación del calor residual Buena capacidad de seguimiento de la carga eléctrica Motores de gas natural muy populares en Europa para cogeneración Sus emisiones han sido reducidas considerablemente Aplicaciones: cogeneración, picos y emergencia en potencias < 10 MW 9

10 Turbinas de gas Tecnología probada de bajo costo Costos de mantenimiento de los más bajos de la GD Bajo nivel de emisiones contaminantes con sistemas desarrollados últimamente Producción de calor de buena calidad (alta temperatura) Opción muy atractiva de cogeneración para potencias > 5 MW Micro turbinas Tecnología en proceso de introducción en el mercado (por probar) Derivadas de los sistemas auxiliares de los aviones y turbos de los camiones Multi-combustible y emisiones reducidas Rendimientos eléctricos < 30% Calor residual a temperatura relativamente alta Tamaño adecuado para edificios comerciales 10

11 Características pilas de combustible Dispositivos electroquímicos que transforman directamente energía química en electricidad Tecnología en desarrollo que está despertando un gran interés Silenciosas y muy poco contaminantes Alta eficiencia eléctrica. Puede ser superior al 50% Rango de potencia muy amplio de 1 Kw. a decenas de MW Gran capacidad de modulación Dependiendo de la tecnología calor residual de calidad Tipos de pilas de combustible Tipo Temperatura Portador de carga Electrolito Membrana de polímero (PEMFC) ºC H + Polímero plástico Alcalina (AFC) ºC OH - Solución KOH Ácido Fosfórico (PAFC) ºC H + Ácido fosfórico en matriz porosa de SiC Carbonato fundido (MCFC) Óxido Sólido (SOFC) ºC ºC CO 3 2- O 2- Mezcla de carbonatos alcalinos en matriz cerámica Zirconia estabilizada con itria 11

12 Estado de desarrollo de la tecnología Tipo Membrana de polímero (PEMFC) Alcalina (AFC) Ácido Fosfórico (PAFC) Carbonato fundido (MCFC) Óxido Sólido (SOFC) Estado de desarrollo Se esta desarrollando activamente para el automóvil. Por su baja temperatura de trabajo tiene problemas utilizada con GN. Todavía no se han alcanzado los objetivos de precio y vida requeridos (<400E/Kw., >40 khr) Solamente utilizadas en aplicaciones espaciales Las primeras en alcanzar estado comercial. Han sido abandonadas por su alto coste Para aplicaciones de generación base de gran potencia. La gestión del electrolito (carbonato fundido) es muy complicado por ello no son viables para potencias pequeñas Pueden utilizar hidrógeno, gas reformado o GN directamente. Se está trabajando activamente para resolver los problemas de vida y reducir su coste a los niveles requeridos para su aplicación comercial (>40 khr, <400E/Kw. ) Pegas para el despliegue de la GD basada en combustibles fósiles Ruido y emisiones (excepto pila combustible) Islanding Normas de interconexión Reducción del uso del sistema de distribuci ón Puede necesitar adecuación del sistema de distribución de gas (v.g. Presión gas) 12

13 Tecnologías energéticas renovables Fotovoltaica Solar-concentración Eólica pequeña Eólica grande Estatus comercial de las energías renovables Fotovoltaica Parab.- Stirling Eólica pequeña Eólica grande Disponibilidad Bies establecida Año 200? Bien establecida Bien establecida Tamaño 0,30 Kw. 2 MW > 30 Kw. 600W 40 Kw. 40 Kw. - 1,5 MW Costo istal. ( /Kw.) (ahora) 400 (fut.) Coste O&M (cent./kwh.) Mínimo Varía 1,0 Combustible Solar Solar y GN (híbrido) Viento Viento Aplicación Picos Picos y gen. Base (híbrido) Varía Varía 13

14 Beneficios de la BG basada en renovables Ruido y contaminación reducidas Independientes de la evolución de los precios del petróleo Buenas para aplicaciones muy pequeñas y modulares Pueden usarse a ambos lados del contador La solar coincide con demanda pico bastante bien Problemas para la implantación de las renovables Intermitencia (si no se usa con almacenamiento) Islanding Normas de conexión Necesitan el soporte de la red Industria nueva, necesita difusión Alto coste de instalación 14

15 Tecnologías de almacenamiento Baterías Súper condensadores Volantes de Inercia SMES. Bobinas superconductoras Comparación sistemas de almacenamiento Baterías Súper cond. Volantes SMES Rendimiento 70-90% 90% 90% 95% Potencia 5kW- 10MW 5-10kW 1kW-10MW 0,3-1000MW Energía 0,1-6000MJ 1kJ-10MJ 1-15MJ 1-500MJ Ciclos vida Tiempo carga horas segundos minutos Minutos-hora Madurez Maduro Disponible Disponible Disponible Coste /Kw

16 Baterías La tecnología más conocida son las baterías de plomo ácido muy usadas en el automóvil. Últimamente se han o están desarrollando baterías de más densidad energética como Ni-Cd, Ni-MH y Litio. Ventajas Alta capacidad energética Alta corriente Inconvenientes Alto mantenimiento Vida y ciclos limitados Dificultad de determinar estado de carga Súper Condensadores Son condensadores de gran capacidad. En vez de tener una capacidad de micro o mili faradios tienen capacidades de centenas e incuso miles de Faradios. Ventajas Larga vida Número de ciclos ilimitado Alta corriente Bajo mantenimiento Inconvenientes Poca capacidad energética Alto coste Tecnología nueva 16

17 Volantes de inercia Almacenan energía en forma de energía cinética de rotación E=1/2.I.w 2. Los volantes modernos utilizan muy altas revoluciones decenas de miles RPM. Son mecánicamente complejos. Ventajas Gran capacidad de corriente Gran capacidad de energía Inconvenientes Alto mantenimiento Alto coste Requiere grandes medidas de seguridad Bobinas superconductoras SMES Almacenan la energía en una bobina. Para reducir las pérdidas de Joule se enfrían temperaturas criogénicas. Ventajas Bajo mantenimiento Gran número de ciclos Fiabilidad Inconvenientes Requieren sistema de enfriamiento Caras Requieren equipamiento adicional 17

18 Bobina superconductora Diagram courtesy of American Superconduct or Gestión de la demanda Existen cargas eléctricas en edificios e industrias que pueden desconectarse temporalmente sin perjuicios para el usuario (bombas de calor, sistema de climatización, etc.) que, sin embargo, pueden ser utilizadas por los suministradores para proveer picos, mejorar calidad, etc. Ventajas No requieren inversión Velocidad de respuesta Inconvenientes Utilización por tiempo limitado Requieren comunicaciones Requieren acuerdos con clientes 18

19 Tecnologías auxiliares necesarias para la integración de DER Electrónica de potencia Conexión a la red Mejora la calidad de la energía Seguridad Control, medida y comunicaciones Programación Facturación Seguridad Herramientas de planificación y evaluación Valor para la red Análisis de la necesidad de capacidad CONCLUSIONES La generación distribuida puede ser beneficiosa para los clientes, los suministradores y la sociedad Abre grandes oportunidades de negocio en el sector energético Para que realmente se despliegue es necesario un gran desarrollo en: Tecnologías de programación control y comunicaciones Elaboración de normas Sobre todo en tecnologías de generación (pilas de combustible, fotovoltaica, etc.) que sean realmente limpias, fiables y competitivas con los sistemas centralizados actuales 19

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