El futuro de los sistemas eléctricos: tecnologías

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Antonio Gómez Expósito Director de la Cátedra Endesa (Universidad de Sevilla)

26 de enero de 2016

Contenido

•  Los sistemas eléctricos del siglo XX

•  Los sistemas eléctricos del siglo XXI

•  Generación •  Transporte •  Distribución •  Consumo •  Almacenamiento

Generación térmica

Fuente: The Association for Decentralized Energy (http://www.theade.co.uk)

Térmicas convencionales (fósil y nuclear)

Ciclos combinados

Cogeneración

Trigeneración

12,5 %

España (2013)

9,5 %

35,8 %

(42,2 % renovable)

El sistema eléctrico del siglo XX

El sistema eléctrico del siglo XX

Unas centenas de grandes centrales producen la energía de millones de consumidores (pasivos), que se transporta y distribuye a través de centenares de miles de kms de líneas de Al y Cu

Transporte

Distribución

Fósil Nuclear Hidráulica

Co-gen.

Bombeo Líneas CA

Contenido

•  Los sistemas eléctricos del siglo XX

•  Los sistemas eléctricos del siglo XXI

•  Generación •  Transporte •  Distribución •  Consumo •  Almacenamiento

El “boom” solar

Fuente: Goldman Sachs Global Investment Research

2.87

69.31

x 23 en 10 años

x 4,5 en 10 años Potencia eólica instalada por años

Potencia solar instalada por años

El número de smartphones:

x 17

Reducción precios módulos FV

PV systems in Germany

Escalas macro y micro

2.87

69.31

TERMOSOLAR:

•  110 MW Crescent Dunes, Tonopah (Nevada), 2014 •  Torre sales fundidas (566º) •  10 horas almacenamiento •  >50% factor utilización

[SolarReserve, Santander, Cobra]

FOTOVOLTAICA: 1 kW > P > 500 MW

Topaz Solar Farm, CA (550 MW)

5 km

•  550 MW Topaz Solar Farm, San Luis Obispo (CA), 2014 •  23% factor utilización, 25 km2

•  579 MW Solar Star (Junio 2015)

Evolución de potencia instalada

Source: IEA WEO 2015

New Policies scenario

44%

23%

6%

27%

Previsión de costes en 2040 (AIE)

Source: IEA WEO 2015

OECD

Non-OECD

New Policies scenario

¿Solar más barata que carbón y gas?

Chile, subasta capacidad octubre 2015: FV: 6.5-7.8 US$c/kWh (sin subsidios) Eólica: 7.9 US$c/kWh (sin subsidios) CSP+almacenamiento: 9.7 US$c/kWh (Abengoa y Solar Reserve)

India, última subasta capacidad: Solar: 500 MW SunEdison US$ 7.1c/kWh (sin subsidios)

Austin, TX, subasta octubre 2015 300 MW FV: US$ 4c/kWh (con desgrav. fiscal) < US$ 6c/kWh (sin subsidios)

Fuente: http://www.energypost.eu/solar-energy-costs-continue-plunge-across-world/

“Objetivo 440”: módulos de 400 Wp a $0.4/W

Contenido

•  Los sistemas eléctricos del siglo XX

•  Los sistemas eléctricos del siglo XXI

•  Generación •  Transporte •  Distribución •  Consumo •  Almacenamiento

Integración de renovables

•  Regulación de frecuencia (corto plazo): −  Escasa o nula inercia −  No contribución a potencia sincronizante −  Regulación de P limitada (sólo a bajar)

•  Balance de energía (medio plazo):

−  Producción no correlacionada con demanda −  Grandes y frecuentes gradientes de demanda neta

•  Limitaciones técnicas −  Disparos intempestivos (huecos de tensión, mucho viento) −  Control Q-V limitado

El reto de la intermitencia Efecto de temporal de viento en la demanda de Alemania (febrero 2014)

Fuente: Agora Energiewende

28 GW

8 GW

Efecto de la FV en la curva de demanda

Australia

La punta de demanda nocturna queda inalterada: Australia, California, España

Mayores gradientes de demanda neta

Gradientes horarios de demanda neta en Alemania (2010-2032)

en 2032 (29% de la demanda pico)

en 2032 (24% de la demanda pico)

90h 380h

Tecnologías en transporte

•  Sistemas FACTS & VSC-HVDC (multiterminales)

•  Superredes: UHV-AC & UHV-DC (enlaces internacionales)

•  Códigos de red ad hoc

•  Sistemas de control (EMS) más sofisticados •  Mercados continentales & WAM/WAC

•  Contribución de renovables a servicios de red

•  Regulación de V

•  Emulación de sincronismo

•  Sistemas de almacenamiento a gran escala

WWE: World Wide Electrical System?

Sistema interconectado mundial

Contenido

•  Los sistemas eléctricos del siglo XX

•  Los sistemas eléctricos del siglo XXI

•  Generación •  Transporte •  Distribución •  Consumo •  Almacenamiento

Integración de renovables

•  Flujos de potencia bidireccionales –  Complejidad de protecciones –  Seguridad (funcionamiento en isla)

•  Niveles de cortocircuito

•  Congestiones: –  Saturación de cables

–  Sobretensiones –  Transformadores AT/MT y MT/BT

•  Calidad de onda

Tecnologías en distribución

                                 Smart  Distribu,on  Grids    

•  Electrónica de potencia –  D-FACTS (Smartie)

–  Cambiadores de tomas estáticos (Smartap)

–  Interfaces para GD (tecnología VSC)

•  Automatización de la distribución •  DMS más sofisticados

–  Estimación de estado

•  Microrredes, cogeneración, micromercados

•  Sistemas de almacenamiento intermedios

Red de distribución tradicional

Feeder head currents

Bus voltage magnitudes

MV & LV system is literally a Black Box

Red de distribución “inteligente”

Use AMI/AMR data to “illuminate” the MV radial system

Smart grid paradigm

Active loads: prosumers

Contenido

•  Los sistemas eléctricos del siglo XX

•  Los sistemas eléctricos del siglo XXI

•  Generación •  Transporte •  Distribución •  Consumo •  Almacenamiento

Demanda activa (prosumidor)

Fuente: RMI - "The Economics of Demand Flexibility"

Aplanamiento de la curva de demanda

Gestión de demanda (smart meters)

Almacenamiento distribuido

Contenido

•  Los sistemas eléctricos del siglo XX

•  Los sistemas eléctricos del siglo XXI

•  Generación •  Transporte •  Distribución •  Consumo •  Almacenamiento

Almacenamiento

¿Cómo, cuándo y dónde?

Costes normalizados: solar + baterías

Fuente: RMI, The economics of grid defection, 2014

El sistema eléctrico del siglo XXI

•  Prosumidores •  Sistemas locales

Transporte

Distribución

Renovables Nuclear Hidráulica

Co-gen.

Co-gen.

Bombeo

FV

Alm.

Alm. FV

Alm.

Alm. FV

Alm.

Alm. FV

Alm.

Almacenamiento

Almacenamiento •  Más inteligencia •  Más interconexiones

•  Más diversidad •  Menor factor de carga

Líneas CA Líneas/cables CC

Gracias por su paciencia!