LAS 4 FUENTES DE FLEXIBILIDAD

Transcripción

1 LAS 4 FUENTES DE FLEXIBILIDAD M.Sc. (Eng) Jaime López Power Plants Marketing & Business Devpt. Wärtsilä Finland Oy 27 November 2015 Las 4 fuentes de flexibilidad / Jaime López

2 Qué estamos haciendo mal? A pesar de lo mucho que han discutido (la sustentabilidad) los líderes mundiales, y a pesar del boom de las energías renovables durante la última década, la unidad promedio de energía que producimos hoy es básicamente igual de sucia que hace 20 años Maria van der Hoeven Executive Director International Energy Agency Pero... Por qué?!

3 Tres grandes motivos El crecimiento de la energía solar y eoloeléctrica se está viendo compensado por el incremento en el uso de carbón en India y China La falta de flexibilidad en los sistemas energéticos no permite aprovechar al máximo el potencial renovable Para equilibrar las energías renovables, estamos usando tecnología térmica a carga parcial, reduciendo la eficiencia e incrementando emisiones

4 Demanda energética total (MW) Demanda anual - Así solía ser 5000 Irlanda 2012 DEMANDA TOTAL CARGA BASE ~ MW 0

5 Demanda energética a cubrir por generación convencional (MW) Así es hoy en día 5000 Demanda neta = Demanda bruta Generación eoloeléctrica Irlanda 2012 DEMANDA NETA CARGA BASE ~ 1000 MW

6 Demanda energética a cubrir por generación convencional (MW) Así será dentro de poco 5000 Irlanda 2012 Demanda neta, suponiendo el doble de capacidad eoloeléctrica LA CARGA BASE DESAPARECE Cuál es el papel de la generación convencional?

7 Mexico posee un enorme potencial renovable

8 Y planes para sacarle el máximo partido (I) Figura 6.1 Participación de tecnologías en la capacidad de generación, Sistema Eléctrico Escenarios Planeación y Alterno

9 Y planes para sacarle el máximo partido (II) Figura 6.4 Generación bruta para el Sistema Eléctrico, Escenarios Planeación y Alterno

10 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 MW MW Escenario de estudio: pico nocturno en España HIDRO - BOMBEO SOLAR EOLOELÉCTRICA ~150 GWh GAS 7 horas BIOMASA NUCLEAR HIDRO RUN OF RIVER

11 Las 4 fuentes de flexibilidad Redistribución del exceso de electricidad Generación Flexible Sustentable Gestión de la demanda Generación flexible durante picos de demanda Generación Ad-hoc Asequible Power Sistema System energético Confiable Reducción y desplazamiento de picos de demanda Super-redes Almacenamiento de energía Importación para cubrir picos de demanda Descarga para cubrir picos de demanda

12 Primera Fuente: Gestión de la demanda Generación Flexible Sustentable Gestión de la demanda Asequible Power Sistema System energético Confiable Super-redes Almacenamiento de energía

13 Gestión de la demanda Incentivos económicos para reducir el consumo en horas pico y trasladarlo a horas valle Implementado por medio de smart meters que permiten a los usuarion responder dinámicamente a las necesidades de la red, coenctando/desconectando dispositivos Iniciativa en introducción en México (ej. tarifas nocturnas para riego)

14 Gestión de la demanda: estimación de costos Hagamos algunas suposiciones razonables: En España hay 18.22M hogares (INE, 2013) Supongamos que para el año 2020, 6M de ellos (el primer tercil en términos de renta) instala smart meters, a 1000/meter Expectativa realista del potencial de la gestión de la demanda: 0,5 kwh/ hogar (Puranik, 2013) Cuál es el potencial y el costo de la gestión dinámica de la demanda en España?

15 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 MW MW Impacto de la gestión de demanda en España M x 0,5kWh = 3 GWh PUMP HYDRO SOLAR WIND Ahorre! ~147 GWh Consuma! Ahorre! GAS BIOMASS Consuma! 7 horas NUCLEAR 0 HYDRO - RUN OF RIVER

16 Gestión de la demanda: estimación de costos Ítem Cantidad Precio unidad Subtotal Smart meters 6 millones millones Inversión red nacional Total en 20 años 1000 millones 1000 millones Adaptación electrodomésticos Combustible gen. de respaldo 6 millones millones O&M Total en 20 años 1000 millones 1000 millones TOTAL ~ 9500 millones

17 Segunda Fuente: Almacenamiento de energía Generación Flexible Sustentable Gestión de la demanda Asequible Power Sistema System energético Confiable Super-redes Almacenamiento de energía

18 Almacenamiento de energía Transformación de energía eléctrica sobrante en energía mecánica (= estaciones de bombeo), química (=baterías),... Hidroelectricidad reversible (=bombeo) muy limitada por orografía CAES (aire comprimido), volantes de inercia proyectos piloto. Muy baja eficiencia y capacidad específica Baterías baja capacidad específica, problemas de escala

19 El problema de escala Almacenar energía para cubrir un pico de demanda nocturno en España requeriría... ~21700 millones de baterías de iphone 6 ~150 millones de baterías de auto ~1.2 millones de baterías-container

20 Cuánto ocupan 1.2 millones de containers?

21 El problema de escala Storing energy to cover a whole evening peak in Spain would require... ~21.7 billion iphone 6 batteries ~150 million car batteries ~1.2 million utility-scale battery containers ~6.25 millones de Nissan Leafs ~21.43 millones de baterías Tesla Powerwall

22 DEMAND / NET DEMAND [MW] Impacto del almacenamiento energético containers = 3 GWh 44,000 42,000 40,000 38,000 36,000 34,000 Carga Descarga 32,000 30,000 Descarga 28,000 26,000 24,000 22,000 Carga 20,000 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00 Vida útil de la batería : 3 años!

23 Almacenamiento: estimación de costos Ítem Cantidad Precio unidad Subtotal Baterías-container Sistema carga/descarga Combustible generación de respaldo Reciclaje químicos batería x 6.6 (vida útil 3 años!) millones millones 300 millones anual 30 millones 600 millones 1 cada 3 años?? O&M Total en 20 años 750 millones 750 millones TOTAL ~ 6300 millones

24 Tercera Fuente: Super-redes Generación Flexible Sustentable Gestión de la demanda Asequible Power Sistema System energético Confiable Super-redes Almacenamiento de energía

25 Potencia eoloeléctrica disponible (MW) El viento nunca sopla a gusto de todos Quién quiere comprar energía aquí? Y quién tiene excedente para venta aquí? Potencia eoloeléctrica en los principales productores de Europa, Enero Spain Germany rest DK east DK west Germany NW Germany NE Ireland

26 Super-redes: estimación de costos Ítem Cantidad Precio unidad Subtotal Inversión en red de alta capacidad Combustible generación de respaldo 1000 km 3 millones/km 3000 millones anual 30 millones 600 millones O&M Total en 20 años 800 millones 750 millones TOTAL ~ 4350 millones

27 Cuarta Fuente: Generación flexible Generación Flexible Sustentable Gestión de la demanda Asequible Power Sistema System energético Confiable Super-redes Almacenamiento de energía

28 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 MW Impacto de la generación flexible GWh 3GW de centrales flexibles a gas basadas en motores de combustión interna operando 2 x 1 h/día SOLAR ON WIND PUMP HYDRO ON GAS OFF BIOMASS NUCLEAR HYDRO - RUN OF RIVER

29 Generación flexible: estimación de costos Ítem Cantidad Precio unidad Subtotal Instalación EPC 3000 MW millones Inversión en red Total en 20 años millones Combustible total anual 50 millones 1000 millones O&M anual 3-15 millones millones TOTAL ~ 3400 millones

30 Mill Comparación de soluciones * aprox 2% de la demanda pico española Coste de 2x 3GWh de flexibilidad diarios*, durante 20 años G. Demanda Almacenamiento Super-redes Gen. flexible POTENCIAL AGOTADO POTENCIAL AGOTADO

31 El ahorro es importante Sistema Año % de renovables Wärtsilä (%) del total de capacidad Ahoro en OPEX del sistema (%)* Fuente España % 8 6 Wärtsilä Reino Unido 2020 Capacidad (~ 30% equiv) RedPoint, London Imperial College CAISO 2020, % ~ DNV Kema, Energy Exemplar * Savings relative to Base scenario with gas engine capacity replacing simple and combined cycle gas turbines

32 Flexibilidad = menores precios de electricidad Energía + servicios auxiliares Base Flex Ahorro Ahorro bruto a costo marginal (BUSD/a) 1, 2) $9.46 $ % En CAISO, en 2022 si ~6% de la capacidad fueran motores flexibles a gas en vez de turbinas de gas Disminución del 6.0% en el precio annual de la electricidad para el consumidor final Arranques de los ciclos combinados existentes ($) reducidos en un 20% Aumenta el factor de capacidad de los CC existentes (del 50% al 53%) Incremento en la eficiencia del Sistema. Emisiones de CO 2 reducida en un 1.1% Mayor confiabilidad del sistema

33 Y es ésto aplicable a México?

34 Los patrones de demanda horaria coinciden

35 GW Pico nocturno en el SEN en Hourly demand in SEN, obtained by extrapolation of total gross peak demand to hourly % of peak demand in southern areas GWh 6 horas Load

36 Además, la demanda crecerá fuertemente Figura 5.9: Evolución de la demanda máxima bruta del Sistema Interconectado Nacional (MW)

37 GW...por lo que en 2027 se necesitará aún más flexibilidad 65 Forecasted hourly demand in SEN, obtained by extrapolation of forecasted peak demand in 2027 to hourly % of peak demand in southern areas GWh 6 horas Load in 2027 Load

38 LCOF USD/MWh Comparación de la IEA sobre el coste de la flexibilidad 400 Cost of flexibility by sources IEA report, The power of Transformation SPG = Smart Power Generation SPG CCGT Coal Nuclear 50 km 100 km 250 km 500 km Water heat Al. Smelter Pum hydro CAES Generation Interconnections Demand Response Storage Li-ion LCOF = Levelized cost of flexibility Source: International Energy Agency, 2014, The Power of Transformation

39 Conclusiones La flexibilidad permite integrar la energía de fuentes renovables y disminuir el costo de la electricidad para los consumidores No hay una respuesta sencilla: Idealmente, las cuatro fuentes pueden ser parte de la solución Smart Power Generation es una tecnología probada que proporciona la flexibilidad necesaria hoy, al menor costo, como muestran los estudios

40 Eficiencia energética Asequible Smart Power Generation Hace posible Smart Power System Flexibilidad de combustible Flexibilidad Operacional Confiable Sustentable

41 Thank you Jaime López Content Manager, Power Plants November 2015 Power System Challenges / Jaime López Doc.ID: DBAC Revision: -.8 Status: Draft