Madrid, 18 de mayo de 2010
Rodolfo Martínez Campillo
Dirección de Gestión de Energía Iberdrola Generación
El almacenamiento de
energía en sistemas
eléctricos de potencia:
centrales hidroeléctricas
reversibles
INTRODUCCIÓN
“La energía
eléctrica no puede ser (fácilmente)
almacenada”
Los centros de control y despacho tienen como misión que la energía se genere en el momento de ser consumida
3 ÍNDICE
Necesidades de almacenamiento de electricidad
Tecnologías disponibles para almacenamiento
Centrales de bombeo
Necesidad de almacenamiento de electricidad
Fuente: REE Primera necesidad:
Necesidad de almacenamiento de electricidad 5 Fuente: REE Segunda necesidad: Alisamiento de carga
Necesidad de almacenamiento de electricidad
Hasta aquí las necesidades tradicionales de almacenamiento
Tercera necesidad:
Control de frecuencia
Necesidad de almacenamiento de electricidad 7 Datos reales de marzo 2008 19000 MW eólica MIBEL Datos estimados de marzo 2020 48000 MW eólica MIBEL Fuente: Unesa y NERA. Revista Electricidad. Octubre 2009
Tecnologías disponibles para almacenamiento Centrales hidroeléctricas reversibles (Pumped Hydro) Almacenamiento en aire comprimido (CAES)
Volantes de inercia (Flywheels) Baterías
Super-condensadores
Almacenamiento magnético (SMES) Almacenamiento térmico
Pilas de combustible reversibles Almacenamiento en hidrógeno
Almacenamiento en centrales de bombeo
9 Esquema de una
central subterránea reversible
Almacenamiento en aire comprimido (CAES)
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Año 1978 Huntorf, Alemania. Generación: 290 MW – 3 hrs Compresión: 60 MW – 12 hrs
Presión en caverna entre 43 y 70 bar
Otros proyectos CAES
McIntosh, Alabama 100 MW
Norton, Ohio 2700 MW
Markham, Texas 540 MW
Volantes de inercia (Flywheels)
Modelo: SmartEnergy 25
Energía: 25kWh a 16.000 rpm
Potencia: 100kW durante 15 min
Cilindro de 1000 kg de fibra de carbono Alto vacío
Cojinetes magnéticos
Operación cíclica repetitiva
Integración de energía eólica en sistemas pequeños Soporte de tensión en sistemas ferroviarios
Almacenamiento magnético (SMES)
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10 MW 3 segundos
Almacenamiento en baterías: comparativa Plomo Ácido Níquel Cadmio Litio Ion Sodio Azufre ZEBRA Na-Ni-Cl Energía Específica Wh/kg 35 – 50 75 150 - 200 150 - 240 125 Potencia Específica W/kg 75 – 300 150 – 300 200 - 315 90 - 230 130 - 160 Ciclos de vida 500 – 1500 2500 10000 2500 2500 Eficiencia 80% 70% 95% 90% 90% Auto-descarga (% por mes) 2 - 5 5 - 20 1 0 (pérdidas Térmicas) 0 (pérdidas Térmicas)
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Baterías de Plomo - ácido
10 MW – 40MWh
Southern California Edison Chino, California 1 MW – 4MWh ESCAR Iberdrola San Agustín de Guadalix Sodio y azufre fundidos a 300ºC 2500 ciclos de recarga
Baterías de Sodio - Azufre
Costes de inversión en sistemas de almacenamiento 1 2 3 4 5 6 horas $/kW 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 VOLANTES BOMBEO CAES BATERIAS SMES
El CAES consume gas natural
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Áreas de aplicación de cada tecnología
T iem po de desca rga a potencia nom inal Segundos Mi nutos Hora s Calidad de servicio Balance de carga Gestión de energía Potencias necesarias 1 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1000 MW
Bombeo
CAES
SMES
Super condensadores Volantes de Inercia Ni-Cd / Ni-M-H Plomo - ácido Li-Ion NaS / Zebra Baterías de FlujoCentrales de Bombeo en el Mundo
95 GW de potencia instalada. 3% del total
La primeras central de bombeo se instaló en Suiza en 1882. En 1930 ya se usaban rodetes reversibles
PAIS NOMBRE FECHA SALTO (m) POTENCIA (MW)
USA-NY Lewiston (Niagara) 1961 33 2880
USA-VA Bath County 1985 380 2700
China Guangzhu 2000 554 2400 Rusia Dneister 1996 150 2268 USA-MI Ludington 1973 110 1980 USA-TN Racoon Mt 1979 310 1900 UK-Wales Dinorwig 1984 545 1890 China Tianhuangping 2001 590 1800
Francia Grand Maison 1987 955 1800
Australia Tumut 3 1973 151 1690
Taiwan Mingtan 1994 380 1620
Japón Kazunogowa 2001 714 1600
Italia Piastra Edolo 1982 1260 1020
Italia Chiotas 1981 1070 1184
Francia Grand Maison 1987 955 1800
Centrales de Mayor potencia Centrales de Mayor salto
Centrales de Bombeo en el mundo: mayores potencias 19 USA Lewiston 1961 2880 MW 33 m USA Bath County 1985, 2700 MW, 380 m
Centrales de Bombeo en el mundo: mayores saltos Italia Piastra Edolo 1982 1020 MW 1260 m Italia Chiotas 1981 1184MW 1070 m
La primera central reversible en España data de 1930
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Centrales de Bombeo en España:
0 100 200 300 400 500 600 700 0 1000 2000 3000 4000 5000 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 Potencia Ac umu lada en MW Potencia Instalada anual en MW Urdiceto (1930) 2 x 3,6 Gobantes(1947) 1 x 3,3 Villarino I(1970) 4 x 135 Sallente (1985) 3 x 113 La Muela (1989) 3 x 212 4873 MW
Centrales de Bombeo puro en España: SALTO NETO 0 100 200 300 400 500 600 700 800 753 450 305 224 341 372 209 metros
Potencia total 2457 MW. Energía total 70000 MWh
Centrales de Bombeo puro en España:
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1300 MWh
27000 MWh 24500 MWh
Centrales de Bombeo puro en España:
Otros proyectos de bombeo
En construcción o próximos a construir
La Muela II 840 MW Moralets II 400 MW En proyecto Santa Cristina 750 MW Jabalcón 550 MW Belesar III 210 MW Peares III 150 MW Conchas-Salas 400 MW
TOTAL BOMBEO FUTURO
8100 MW
1240 MW
2060 MW
3200 MW
El Ministerio cuenta con esta potencia
Nuevos proyectos: Aprovechamiento río Támega 25 Oporto Lisboa Oporto Lisboa Potencia Total 1135 MW
Aproveitamentos do alto Tâmega
Torno 25hm3 660 MW– 1128 GWh 3 Grupos Reversibles PADROSELOS 230 MW– 469 GWh 2 Grupos Reversibles ALTO TÂMEGA 127 MW– 142 GWh 2 Grupos DAIVÕES 118 MW– 161 GWh 2 Grupos Beça Támega GOUVAES 147hm3 170hm3 66 hm3 890 450 317 231 642 m 110 m3/s 211 m 120 m3/s 66 m 220 m3/s 90 m 160 m3/s Producción 1900 GWh Sup. inundada 1700 ha Excavación 1,5 Mm3 Hormigón 800.000 m3 12 km de túneles Subestación de 400kV Plan Nacional de embalses de alto potencial hidroeléctrico Inversión 1700 M €
Embalse de Gouvães (Río Torno)
Capacidad: 25 hm3 Altura de presa: 37 m
Embalse de Padroselos (Río Beça)
27
Capacidad: 147 hm3 Altura de presa: 90 m
Embalse de Alto Tâmega (Rio Tâmega)
Capacidad: 170 hm3 Altura de presa: 107 m
Embalse de Daivões (Rio Tâmega)
29
Capacidad: 66 hm3 Altura de presa: 76 m
Nuevos Proyectos: La Muela II Depósito superior 20 hm3 Cota máx. 832 msnm Salto neto 450 m Embalse de Cortes 116 hm3 Cota máx. 326 msnm Rio Júcar
Central superficie Cortes II 3 x 210 MW
145 m3/s
Situación actual: central de bombeo puro La Muela
Nuevos proyectos: La Muela II 31 Excavación 265.000 m3 Hormigón 92.000 m3 Acero 6.700 t Montaje 260.000 hh grupos 4 Caudal 4 x 48 m3/s Caverna Principal 115 x 18 x 47 m. Caverna Transform. 9 x 17 x 13 m. Tubería forzada Ф5,4 m, 800 m turbinación 840 MW bombeo 720 MW Inversión 340 M€ Puesta en servicio dic. 2012
La Muela II: vista en planta
Central existente con tubería forzada exterior
Nueva central con tubería forzada interior
Toma de agua y desagüe ya
La Muela II: Caverna de central
Turbina reversible: Francis
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Rodolfo Martínez Campillo
Dirección de Gestión de Energía Iberdrola Generación
El almacenamiento de
energía en sistemas
eléctricos de potencia:
centrales hidroeléctricas
reversibles
La Muela II: sección longitudinal
Costes de operación: CAES vs Bombeo
Potencia total 4873 MW
Centrales de Bombeo en España:
2416 MW bombeo mixto ALDEADAVILA II VILLARINO GABRIEL Y GALÁN CONSO SOUTELO PUENTE BIBEY TANES MONTAMARA VALPARAISO TORREJÓN IP GUIJO DE GRANADILLA SANTIAGO JARES PINTADO URDICETO GOBANTES 39 2457 MW bombeo puro LA MUELA SALLENTE AGUAYO TAJO DE LA ENCANTADA MORALETS GUILLENA BOLARQUE II
Ejemplo de bombeo mixto: Sistema Duero Central Aldeadávila II 2 x 210 MW, 350 m3/s Emb. Aldeadávila: 57 hm3 Embalse de Almendra Producible: 766 GWh Capacidad: 3100 GWh Central Villarino 6 x 135 MW 232 m3/s
Próximos incrementos de potencia 2457 MW + 1x400 + 4 x 210 = 3697 MW
Centrales de Bombeo puro en España:
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Las ampliaciones permitirán un mayor apuntamiento de la energía Moralets II 400 MW
