GENERACIÓN RENOVABLE, ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Y REDES INTELIGENTES RICARDO MOTA PALOMINO ESIME IPN NOVIEMBRE DE 2017

Transcripción

1 GENERACIÓN RENOVABLE, ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Y REDES INTELIGENTES RICARDO MOTA PALOMINO ESIME IPN NOVIEMBRE DE 2017

2 CONTENIDO 1. El Mercado Mexicano 2. Sistemas de Generación Distribuida 3. Redes eléctricas inteligentes 4. Almacenamiento de energía 5. Conclusiones

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8 Sistemas de generación distribuida

9 Sistemas de generación eléctrica distribuida en México: Sistemas fotovoltáicos Sistemas eólicos Producción de energía a partir de basura y deshechos agrícolas Pequeñas turbinas de diferentes tecnologías Sistemas de cogeneración eficiente

10 Energías limpias En México se tiene el objetivo de avanzar en la transición energética. En 2012, se aprobó la Ley General de Cambio Climático, en la cual el país establece como meta la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero en 30% para el año 2020 y 50% para el 2050, en relación con la línea base de emisiones del año al menos 35% de la generación eléctrica del país provenga de fuentes limpias en 2024, y que además se cumpla con lo dispuesto en la Ley para el Aprovechamiento de las Energías Renovables y Financiamiento de la Transición Energética y la Ley para el Aprovechamiento Sustentable de la Energía.

11 En los últimos tiempos, el desabasto de gas natural que ha sufrido el mercado interno ha obligado a la CFE a sustituir gas natural por combustóleo lo que ha tenido un impacto financiero de 18.9 miles de millones de pesos en 2012 y de 8.4 miles de millones de pesos en el primer cuatrimestre de Una matriz energética más limpia y diversificada es una condición necesaria para cumplir con los objetivos de mitigación del cambio climático, tener mayor flexibilidad en generación y poder disminuir los costos.

12 México cuenta con un gran potencial en materia de energías renovables, particularmente en energía eólica, geotérmica, hidráulica y mini hidráulica, biomasa y solar.

13 La Comisión Federal de Electricidad fue diseñada para responder a la necesidad urgente de electrificar al país e integrar al sistema. Esta vocación de origen fue muy exitosa para avanzar en esos objetivos, adoptando un modelo basado en grandes plantas de generación termoeléctrica. Sin embargo, la organización industrial que corresponde a este modelo no tiene la flexibilidad necesaria para integrar de manera eficiente las energías renovables a gran escala ni la generación distribuida

14 La reforma tuvo como uno de sus objetivos el corregir las limitaciones del modelo actual para agregar capacidad de energías renovables a gran escala mediante la creación de un mercado competitivo de generación, administrado por el Estado a través de un operador independiente, y el establecimiento de certificados de energías limpias.

15 LAS REDES INTELIGENTES

16 El modelo conceptual del IEEE: Los 7 dominios

17 El modelo conceptual del IEEE: El dominio del Mercado

18 El modelo conceptual del IEEE: El dominio de la transmisión

19 El modelo conceptual del IEEE: El dominio de Distribución

20 El modelo conceptual del IEEE: El dominio del Cliente

21 El modelo conceptual del IEEE: El dominio de los proveedores de servicios

22 ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

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24 Las tecnologías de almacenamiento de energía se pueden emplear para garantizar potencia de fuentes renovables así como para evitar su desconexión mientras se promueve la máxima cosecha energética. El almacenamiento puede también compensar la necesidad de generación adicional ó capacidad de reserva manteniendo el suministro en tiempo nublado ó por las noches enfocándose a picos repentinos de demanda.

25 El almacenamiento de energía permite la integración de mayores niveles de generación renovable incluyendo el rasurado de picos ó el balance de precios, esto es, almacenando energía en períodos de baja demanda y entregándola a la red durante demandas pico.

26 La energía almacenada y la capacidad de almacenamiento se deben administrar de la manera más efectiva mediante un algoritmo de control que tome en cuenta las estimaciones de precios horarios futuros y la producción de energía renovable. La aplicación de tecnologías de almacenamiento de energía en redes se puede clasificar en forma burda en aplicaciones de potencia y aplicaciones de administración de energía; se diferencian en base a la duración de descarga del almacenamiento.

27 Las aplicaciones de energía descargan la energía almacenada en forma relativamente lenta y en un período de tiempo de larga duración (esto es en decenas de minutos a horas). Las aplicaciones de potencia descargan rápidamente la energía almacenada (esto es de segundos a minutos) a tasas elevadas.

28 Las tecnologías de almacenamiento para aplicaciones de potencia se usan para cortas duraciones para atender temas de calidad de energía, tales como depresiones y elevaciones de tensión (sags & swells), impulsos, y flickers. Las tecnologías utilizadas en administración de energía almacenan energía en exceso durante períodos de baja demanda y se utiliza en períodos de demanda alta. Estos dispositivos son típicamente usados por períodos de tiempo más largos para servir funciones que incluyen rasurado de picos, nivelación de carga, islas intencionales, y recolección y despacho de energía renovable.

29 Los sistemas actuales de almacenamiento de energía a escala de red son basados en electroquímica (baterías y capacitores) así como en energía cinética (centrales hidroeléctricas de rebombeo, almacenamiento de aire comprimido (CAES), y volantes de inercia de alta velocidad (flywheels)). Para aplicaciones de potencia, las tecnologías adecuadas incluyen volantes de inercia, capacitores, almacenamiento de energía magnética superconductora. Para aplicaciones de energía, las tecnologías adecuadas incluyen centrales hidro de rebombeo, CAES, y baterías de alta energía de sulfuro de sodio y de flujo.

30 Las tecnologías para aplicaciones específicas pueden además ser subdivididas de acuerdo a la escala de almacenamiento requerido, por ejemplo, el despliegue como un recurso de generación distribuida, o en un alimentador de distribución, subestación, o al nivel de sistema de potencia troncal. El almacenamiento de energía en un sistema futuro posiblemente necesitará almacenamiento en una variedad de tamaños y configuraciones para cumplir con las necesidades a todos los niveles del sistema. A continuación, la Tabla presenta las características principales, incluyendo tamaño, desempeño, y costo de estas tecnologías de almacenamiento de acuerdo a su potencia ó aplicación energética para la integración de renovables.

31 Opción tecnológica Madurez Capacidad (MWh) Potencia Duración % de eficiencia Costo Total Costo (MW) (horas) (ciclos totales) ($/kw) ($/kwh Almacenamiento de energía en bloque para soportar sistema y energía renovable Hidro de rebombeo Madura , (>13000) CT-CAES (subterráneo) CAES (Subterráneo) Demo (>13000) Comercial (>13000) Sulfuro de sodio Comercial (4500) Ácido de plomo Comercial avanzada (2200) (lead acid) Comercial (4500) Demo (4500) Vanadio redox Demo (>10000) Zn/Br redox Demo (>10000) Fe/Cr redox R&D (>10000) Zn/aire redox R&D (>10000) Almacenamiento de energía para regulación de frecuencia rápida en un ISO e integración de renovables Volante de inercia Demo (>10000) Li-ion Demo (>100000) Ácido de plomo Demo avanzada (>100000) (lead acid)

32 El almacenamiento centralizado, tal como el hidro de rebombeo y los CAES es más probable encontrarlos del lado de la oferta (esto es al nivel de bloque ó sistema de transmisión) para administrar variaciones a la salida de plantas solares y granjas eólicas dando firmeza en capacidad. A nivel de distribución y de ubicación de recursos distribuidos del lado del cliente, es mas factible encontrar formas de almacenamiento de energías más compactas y de corta duración para aplicaciones de potencia (volantes de inercia, baterías y capacitores). El uso de baterías, baterías de flujo, volantes de inercia, y ultra capacitores para aplicaciones de potencia han ganado impulso en los últimos tiempos ya que son adecuados para la compensación rápida de fluctuaciones de potencia como suceden en los sistemas de energía eólica ó fotovoltáicos.

33 El uso de baterías, baterías de flujo, volantes de inercia, y ultra capacitores para aplicaciones de potencia han ganado impulso en los últimos tiempos ya que son adecuados para la compensación rápida de fluctuaciones de potencia como suceden en los sistemas de energía eólica ó fotovoltáicos. Varios proyectos demostrativos a nivel de distribución han establecido exitosamente el valor de estas tecnologías para regulación de frecuencia, transición intencional de islas, y otras aplicaciones similares. Estas tecnologías de almacenamiento distribuido sirven del lado de la demanda; las tecnologías móviles y modulares son preferidas para microredes y comunidades desconectadas de la red principal.

34 Conclusiones en generación renovable 1. Existe un gran nicho de mercado para el desarrollo de fuentes renovables en media y baja tensión (del orden de 25000MW al 2018) 2. El intentar cerrar el gap entre el costo de producción de energía y las tarifas subsidiadas incentivarán a corto y mediano plazo el desarrollo de este nicho 3. Las grandes centrales a base de renovables son materia de desarrollo transnacional y la estructura gubernamental que queda tendrá que resolver el problema técnico de absorberlas en los sistemas comerciales

35 4. La estructura del parque generador en México facilita la promoción del desarrollo de generación renovable para producir economía en términos ambientales. 5. Los precios altos de la energía eléctrica en el futuro estimularán el desarrollo de la generación distribuida 6. Las tecnologías para el almacenamiento de energía facilitarán la inserción de mayores volúmenes de fuentes renovables.

36 Preguntas para el panel Que proceso se puede seguir para implementar sistemas de almacenamiento? Será necesaria la participación de gobierno? Cuales son los sistemas de almacenamiento lo suficientemente maduros para ser utilizados en la red eléctrica? Sería necesario hacer algún estudio o investigación para soportar la propuesta? Que normas o reglamentos existen para regular la implementación de sistemas de almacenamiento? Sería necesario elaborar estándares nacionales para complementar lo existente?

37 Que metodologías se pueden aplicar para determinar aspectos como: ubicación óptima, capacidad óptima, análisis de costo beneficio, medición, análisis de información y reporte del desempeño de los sistemas de almacenamiento. Sería necesario realizar investigación para completar ó adecuar lo existente? Que características debería tener un primer proyecto demostrativo para obtener experiencia que ayude a escalar los resultados a sistemas mas complejos?