Seminario Internacional de Clausura del Proyecto TRES TRansición hacia un modelo Energético Sostenible para Madeira, Azores y Canarias

Transcripción

1 Seminario Internacional de Clausura del Proyecto TRES TRansición hacia un modelo Energético Sostenible para Madeira, Azores y Canarias de noviembre de 2012 Proyecto TRES Potencial de almacenamiento energético para maximizar la penetración de EERR en Gran Canaria Tomás Cambreleng Lundager Departamento de Energías Renovables División de Investigación y Desarrollo Tecnológico Instituto Tecnológico de Canarias

2 OBJETIVOS Y ACTIVIDADES DEL PROYECTO TRES OBJETIVOS ESPECÍFICOS Obj. 1 Obj. 2 Obj. 3 Obj. 4 Obj. 5 Desarrollar modelos meteorológicos para la predicción de la producción eólica y fotovoltaica Realizar estudios de estabilidad dinámica de redes eléctricas para determinar las afecciones de las energías renovables sobre los sistemas eléctricos de las islas Identificar el potencial de implantación de infraestructuras de almacenamiento energético en las islas que ayuden a compensar la variabilidad de las energías renovables Determinar las posibilidades de aprovechamiento de biomasa energética en las islas para la producción de biocombustibles Proponer medidas para mejorar el Ahorro y eficiencia energética, y actividades de sensibilización diseminación de resultados del proyecto

3 ÍNDICE: SOLUCIONES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA PERSPECTIVAS PARA CANARIAS 1. Evaluación del Potencial Eólico Máximo instalable en la isla de Gran Canaria. 2. Estudio de la Producción Eólica en la isla de Gran Canaria. 3. Almacenamiento Energético del Excedente Eólico en Gran Canaria: a. Estudio de Potencial de Almacenamiento Energético con Hidrobombeo. b. Estudio de Potencial de Almacenamiento Energético para Generación con Hidrógeno.

4 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Análisis del Recurso Eólico de la isla de Gran Canaria RECURSO EÓLICO < 5.5 m/s m/s m/s m/s m/s m/s m/s m/s m/s > 9.5 m/s Recurso Eólico a 80 m

5 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Tarea previa la de estudiar: Potencial Eólico Real de la isla de Gran Canaria Análisis del Emplazamiento de la isla de Gran Canaria Zonas de Especial Protección para Aves(ZEPA) Espacios Naturales Protegidos (ENP) Zonas Especiales de Conservación(ZEC)

6 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Análisis del Emplazamiento de la isla de Gran Canaria Zona a excluir Zona de estudio

7 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Zona Eólica Noroeste Zona Eólica Oeste PTE 32. Zona Eólica Sureste

8 EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Potencia Instalada en Gran Canaria a 31/12/2006 Parques Eólicos 29 Instalados (entre consumos asociados y vertido total a red) Potencia (MW) 76,3 10 En repotenciación 26,3 7 De consumos asociados en trámite 5,9 TOTAL 108,5 Asignación de Potencia a 31/07/2009 Parques Eólicos Potencia (MW) 15 Vertido total a red En consumos asociados 11,3 TOTAL 203,3 TOTAL 311,8 MW

9 POTENCIA (KW) 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Propuesta de Parques Eólicos Tamaño unitario aconsejado de aerogeneradores COMPARACIÓN DE CURVAS DE POTENCIA Rango de Potencia acotado en función de: VESTAS V90/2000 ENERCON E70/2300 GAMESA G80/2000 SIEMENS SWT-2.3 MTORRES 1651 Evolución tecnológica. Logística en el transporte e instalación Rango de potencias: entre 2 y 3 MW VELOCIDAD DE VIENTO (m/s) Ejemplo de Curvas de Potencia de aerogeneradores

10 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Estudio de la Zona Eólica Sureste: Propuesta de Parques Eólicos Nº Total de P.E. Propuestos: 19 (99 aerogeneradores en total) Potencia Instalable Total en la Zona Eólica Sureste: 209,5 MW Producción Anual Estimada Total de los mismos: 640 GWh

11 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Estudio de la Zona Eólica Noroeste: Propuesta de Parques Eólicos Nº Total de P.E. Propuestos: 4 (21 aerogeneradores en total) Potencia Instalable Total en la Zona Eólica Noroeste 48,3 MW Producción Anual Estimada Total de los mismos: 145 GWh

12 1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Estudio de la Zona Eólica Oeste: Propuesta de Parques Eólicos Nº Total de P.E. Propuestos: 2 (9 aerogeneradores en total) Potencia Instalable Total en el Sureste de GC: 20,7 MW Producción Anual Estimada Total de los mismos: 43 GWh

13 EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO MÁXIMO INSTALABLE EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Parques Eólicos (a 31/12/2006) 29 Instalados (entre consumos asociados y vertido total a red) Potencia (MW) 76,3 10 En repotenciación 26,3 7 De consumos asociados en trámite 5,9 TOTAL 108,5 Parques Eólicos (Concursos) Potencia (MW) 15 Vertido total a red En consumos asociados 11,3 TOTAL 203,3 Parques Eólicos Potencia (MW) 25 Parques Eólicos Propuestos 278,5 TOTAL 590,3 MW

15 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Producción energética de los parques: Se utilizan datos de viento generados con el modelo meteorológico MM5 a partir de los datos de viento del Con estos datos se obtiene la velocidad-dirección del viento horario en nodos de un mallado. Estos valores se importan al programa de cálculo eólico WAsP para obtener la producción energética de los diferentes parques eólicos.

16 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA SELECCIÓN DE ESTACIONES VIRTUALES : Zona Eólica Noroeste Zona Eólica Oeste Zona Eólica Sureste

17 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Producción energética obtenida mediante WAsP: WAsP crea unos atlas de viento con toda la información relativa a cada nodo o estación virtual seleccionado.

18 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Producción energética obtenida mediante WAsP: Se introducen las curvas de nivel y líneas de rugosidad en WAsP para crear los mapas y situar los diferentes parques eólicos. Se incluyen en el programa las coordenadas y características de cada uno de los aerogeneradores que conforman los parques eólicos de la zona para calcular la producción energética de los parques.

19 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA

20 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA A modo de ejemplo: Zona sureste. Parques eólicos instalados P. Eólicos Instalados Mod. Aer. Pot. (kw) N22 (GWh) N23 (GWh) N24 (GWh) N32 (GWh) N33 (GWh) N34 (GWh) N42 (GWh) N43 (GWh) N53 (GWh) N54 (GWh) Prod ITC (T+V) V ,461 6,329 6,01 8,269 7,019 5,639 8,098 6,767 0,958 4,338 5,753 La Punta E ,245 23,547 22,267 29,848 25,732 20,822 29,153 24,672 4,76 15,948 22,336 Santa Lucía AE ,758 16,303 15,393 25,71 20,022 14,779 24,389 19,458 1,712 11,633 14,150 Mña. San Francisco V ,152 3,109 2,978 5,022 3,84 2,904 4,84 3,851 0,433 2,342 3,657 Pozo Piletas V ,002 0,826 0,795 1,162 0,948 0,790 1,130 0,967 0,146 0,689 0,703 Lomo Cabezo E ,171 11,159 10,88 11,47 11,19 10,781 11,592 11,14 2,996 9,858 8,133 Llanos de Juan Grande AE ,155 66,427 62, ,26 81,871 58,950 99,969 77,887 6,620 44,67 56,713 Arinaga Dep. V ,672 0,471 0,446 0,826 0,600 0,425 0,779 0,590 0,060 0,330 0,625 Bahía de Formas III E ,723 18,353 17,675 26,211 21,47 17,236 25,525 21,544 2,743 14,071 20,424 Bahía de Formas IV E ,431 19,245 18,482 26,755 22,188 17,96 26,107 22,199 2,908 14,617 20,952 Bahía de Formas II E ,549 7,861 7,505 10,868 9,036 7,276 10,539 8,968 1,206 5,922 6,270 La Gaviota ECO ,904 18,983 17,853 31,127 23,592 17,006 29,3 22,782 2,135 13,193 18,335 Finca de S. Antonio AE ,626 4,96 4,706 7,876 6,102 4,530 7,501 5,988 0,503 3,57 3,842 Carretera Arinaga AE30/ ,48 17,561 16,768 26,229 20,854 16,089 25,407 20,637 2,455 12,704 21,961 ACSA V ,867 0,657 0,624 1,026 0,792 0,599 0,982 0,785 0,907 0,477 0,786 La Florida G ,067 12,367 11,931 15,496 13,515 11,560 15,390 13,367 2,131 9,607 10,210 AGA V ,810 1,945 1,849 3,51 2,525 1,760 3,32 2,473 0,222 1,34 2,607

21 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Producción energética horaria obtenida mediante HOMER: 1. Se calcula la producción del parque eólico con WAsP tomando los datos horarios de las estaciones virtuales. 2. Esta producción calculada se compara con la real del parque eólico y se calculan factores para poder ajustar la producción calculada a la real. 3. Se aplica este factor a los datos horarios de cada nodo. 4. Finalmente, se determina la producción de los parques propuestos asociados a los nodos que han sido corregidos con los factores.

22 2. ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN EÓLICA EN LA ISLA DE GRAN CANARIA Sumando las producciones de todos los parques se obtienen los siguientes resultados globales: P. Instalados (GWh/año) P. Concurso (GWh/año) P. Propuestos (GWh/año) Producción Total (GWh/año) 234,41 633,42 869, ,23 La producción real de los parques instalados, durante el año 2003, fue de 239,4 GWh/año

23 CONCLUSIONES : SOLUCIONES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA PERSPECTIVAS PARA CANARIAS Potencial eólico El potencial eólico máximo instalable en la isla de Gran Canaria asciende a unos 590 MW. La producción de energía anual proveniente de la eólica instalada, aprobada en concurso y propuesta es de GWh aprox. Los excedentes que se deriven de la producción de estos parques podrían utilizarse tanto para hidrobombeo como para introducir la tecnología del hidrógeno en el parque de generación de la isla y, así, diversificar el mix energético.

24 ÍNDICE: SOLUCIONES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA PERSPECTIVAS PARA CANARIAS 1. Evaluación del Potencial Eólico Máximo instalable en la isla de Gran Canaria. 2. Estudio de los Excedentes Energéticos de la Producción Eólica en la isla de Gran Canaria. 3. Almacenamiento Energético del Excedente Eólico en Gran Canaria: a. Estudio de Potencial de Almacenamiento Energético con Hidro-bombeo. b. Estudio de Potencial de Almacenamiento Energético para Generación de Hidrógeno.

25 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO Bombeo con el excedente energético eólico. Turbinado como apoyo a la generación convencional.

26 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO 1. Análisis de estudios previos de sistemas en Gran Canaria. 2. Recopilación de datos para la caracterización de embalses existentes. 3. Propuesta de ubicación de potenciales centrales de hidrobombeo (además de Chira - Soria). 4. Estudio de alturas y distancias de turbinado y bombeo, trasvases entre embalses y trazado de tuberías forzadas. 5. Cálculo de la energía total almacenable en los embalses de Gran Canaria.

27 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO P Agua g h V a Embalse Superior Embalse Inferior Diferencia de Altura (m) Volumen (m 3 ) Potencial de Almacenamiento (MWh) Energía almacenable real (MWh) Chira* Soria Cueva Niñas* Soria Parralillo* El Siberio 82, **** Parralillo Caidero Niñas* 145, El Siberio Caidero Niñas* (*) Presa de menor capacidad. Volumen utilizado: presa de menor capacidad. Altura utilizada: diferencia de altura entre cauces. Porcentaje utilizable de volumen a=1.

28 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO La presa de las Niñas y la presa de Chira están casi a la misma altura, mientras que la presa de Soria está a una cota más baja. Sistema en conjunto, utilizando las presas de Chira y Las Niñas como embalses superiores y el de Soria como embalse inferior. Las otras dos combinaciones más factibles son el sistema Parralillo Siberio Caidero.

29 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO Aprovechamiento del exceso de energía eólica para el almacenamiento hidráulica. Introducir las características de los distintos grupos de generación tanto renovables como convencionales, que participan en la producción de energía eléctrica en la isla, en el programa de simulación de balance energético EnergyPLAN. Está simulación no tiene en consideración los flujos de carga en la red eléctrica. Destacar que no es objeto de este trabajo realizar un estudio sobre la posibilidad y consecuencias de verter toda la producción energética de origen eólico en la red eléctrica. No se han considerados todas las restricciones del sistema eléctrico.

30 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO Simulación del balance energético con EnergyPlan 2020 Suposiciones de la simulación: Demanda horaria anual 4300 GWh. Potencia eólica instalada 411 MW. La generación convencional se agrupa 1458 MW. Variables de la simulación: Variables que representan las condiciones de estabilidad de la red eléctrica: Mínimo técnico y factor MGSPS (minimum grid stabilisation production share). Potencia y eficiencia del bombeo e hidráulica. Operación simultánea de bombas y turbinas hidráulicas. Capacidad de Almacenamiento (utilizamos la capacidad máxima de cada sistema para calcular almacenamientos máximos) Embalse superior Embalse inferior Capacidad de almacenamiento (GWh) Chira Soria 4,2 Cueva de Las Niñas Soria 5,2 El Parralillo Siberio 1,0

31 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO

32 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO Escenario sin Hidrobombeo Demanda (TWh/año) Convencional (PP) (MW) Eólica (MW) MGSPS Mín. PP (MW) Eólica (TWh/año) PP (TWh/año) Excedente (TWh/año) 4,3 1458, , ,3 3,14 0,15 4,3 1458, , ,3 3,40 0,40 4,3 1458, , ,3 4,04 1,05 4,3 1458, , ,3 4,04 1,05 El parámetro MGSPS (minimum grid stabilisation production share) es el porcentaje de fuentes de generación que aportan estabilidad a la red.

33 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO Escenario sin Hidrobombeo MGSPS 0,3 MGSPS 0,5 MGSPS: Minimum grid stabilisation production share porcentaje de generación que provenga de grupos estables

34 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO

35 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO Demand (TWh) PP (MW) Wind (MW) Storage (GWh) Pump (MW) Turb (MW) MGSPS Min PP (MW) Wind (TWh) PP elec (TWh) Pump elec. (TWh) Turb. Elec. (TWh) CEEP (TWh) RES share of elec. prod. (%) 4, , , ,3 3,12 0,29 0,21 0,04 28,4 4, , , ,3 3,09 0,32 0,23 0,01 28,2 4, , , ,3 3,09 0,32 0, ,2 4, , , ,3 3,24 0,22 0,16 0,18 28,9 4, , , ,3 3,22 0,24 0,17 0,16 28,7 4, , , ,3 3,22 0,24 0,18 0,16 28,7 4, , , ,3 3,22 0,25 0,28 0,16 28,7 4, , , ,3 3,91 0,19 0,12 0,86 29,1 4, , , ,3 3,89 0,21 0,15 0,84 28,9 4, , , ,3 3,89 0,21 0,15 0,83 28,9 4, , , ,3 3,89 0,21 0,15 0,83 28,9

36 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO Escenario con Hidrobombeo MGSPS 0,3 MGSPS 0,5

37 3.a. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO CON HIDROBOMBEO MGSPS= 50%

38 CONCLUSIONES : SOLUCIONES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA PERSPECTIVAS PARA CANARIAS Almacenamiento con hidrobombeo Los resultados obtenidos en este estudio confirman que los sistemas de hidrobombeo pueden absorber los excedentes de energía eólica si se dimensionan y gestionan adecuadamente. Según los cálculos iniciales la energía eólica podría abastecer entre un 25-30% de la demanda anual utilizando el hidrobombeo como demanda gestionable y almacenamiento.

40 3.b. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO PARA GENERACIÓN CON HIDRÓGENO Aprovechamiento del exceso de energía eólica para producir y almacenar H2. Utilizar el hidrógeno como combustible en centrales térmicas. Se simula un escenario futuro de generación con ciclos combinados y turbinas de gas. Utilizando el gas natural como combustible. Se pretende aprovechar el mayor poder calorífico del hidrógeno para elevar el poder calorífico del gas natural, realizando mezclas. Se supone que las tecnologías de turbinas de gases serían capaces de adaptarse a la utilización de mezclas de H2 + gas natural.

41 3.b. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO PARA GENERACIÓN CON HIDRÓGENO Para estudiar el aprovechamiento de los excedentes energéticos para producir hidrógeno se plantean dos escenarios diferentes: Simulación con el programa Homer (NREL). Escenario futuro: Sin hidrógeno. Con hidrógeno.

42 3.b. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO PARA GENERACIÓN CON HIDRÓGENO Escenario futuro sin hidrógeno Tecnología Potencia (MW) Inversión ( /kw) Combustible T. G Gas natural C.C Gas natural C.C Gas natural Eólica

43 3.b. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO PARA GENERACIÓN CON HIDRÓGENO Escenario futuro con hidrógeno Simulaciones previas para determinar características del sistema Tecnología Potencia (MW) Inversión ( /kw) Electrolizador Almacenamiento (kg) 250( /kg) T.G. (hidrógeno)

44 3.b. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO PARA GENERACIÓN CON HIDRÓGENO Resultados Tecnología Potencia (MW) Producción (GWh/año) Aportación (%) Tecnología Potencia (MW) Producción (GWh/año) Aportación (%) (Sin hidrógeno) (Con hidrógeno) Eólica Eólica C.C C.C C.C C.C T.G T.G T.G. (H2) TOTAL TOTAL Consumo GWh/año Aportación (%) Consumo GWh/año Aportación (%) Demanda Demanda Electrolizador Excedente energía 288 7,28 Excedente energía 74 1,87

45 3.b. ESTUDIO DE POTENCIAL DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO PARA GENERACIÓN DE HIDRÓGENO Datos obtenidos para el escenario futuro con hidrógeno: Porcentajes de participación de las tecnologías en términos de energía 1% Producción renovable: 45% 7% 18% 30% 44% Eólica Ciclo Combinado 2 Turbina de gas Ciclo Combinado 1 Turbina de gas (hidrógeno) Producción convencional: 55%

46 CONCLUSIONES : SOLUCIONES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA PERSPECTIVAS PARA CANARIAS Almacenamiento con hidrógeno Al introducir la tecnología del hidrógeno logran reducirse considerablemente los excedentes energéticos al utilizar la generación de hidrógeno como una demanda gestionable además de aportar un combustible renovable almacenable. Según los cálculos iniciales la eólica podría abastecer hasta un 44 % de la demanda anual. A día de hoy la tecnología del hidrógeno no se ha implementado a gran escala para el almacenamiento energético. Uno de los inconvenientes principales actuales de esta tecnología es su alto coste.

47 Muchas gracias por su atención Para más información contactar con: Tomás Cambreleng Lundager Departamento de Energías Renovables División de Investigación y Desarrollo Tecnológico : :tcambreleng@itccanarias.org