Octubre 2014
Almacenamiento de energía:
Centrales Hidráulicas
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Descripción y Tipología
Funcionamiento actual de las Centrales Reversible en el
Sistema Eléctrico Español
Puntos fuertes y puntos débiles
Puntos débiles -> Nuevas tendencias
Centrales Hidráulicas Reversibles
•
Dos embalses a distinta altura (Almacenes de energía)•
Dos modos de funcionamientos de los grupos: – Turbinación: Generación de energía en punta – Bombeo: Consumo de energía en valleCANTIDAD DE ENERGIA ALMACENADA DEPENDIENTE DE DOS FACTORES:
• DIFERENCIA DE COTA ENTRE LOS DOS EMBALSES
Tipología
•
Bombeo semanal y diario– Pequeña Capacidad de almacenamiento: Todo lo que se bombea se turbina en la misma semana o día
•
Bombeo estacional– Gran Capacidad de Almacenamiento: Lo que se bombea se puede turbinar se incluso meses o años más tarde
En función de la Capacidad Almacenamiento
En función de las aportaciones de caudal en el Embalse Superior
•
Bombeo Puro– Las únicas aportaciones al Embalse Superior son los caudales de bombeo – Suelen ser diarios o semanales
•
Bombeo Mixto– El Embalse Superior tiene aportaciones propias además de los caudales bombeados – Pueden ser diarios, semanales o estacionales
Tipología
CH LA MUELA Potencia Instalada: 630 MW Depósito Superior: – Capacidad: 20 hm3 – Reserva Energética: 35 GWhBOMBEO PURO SEMANAL
CH VILLARINO
•
Potencia Instalada: 810 MW•
Depósito Superior:– Embalse de Almendra (Rio Tormes)
– Capacidad: 2,586 hm3
– Reserva Energética: 3.120 GWh
Balance Generación 2013 Sistema Peninsular
Tecnología Hidroeléctrica
Sistema Eléctrico Español
Producción Eólica + Solar = 26 % del Sist. Peninsular
Potencia instalada Eólica + Solar = 30.000 MW
TOTAL 102.395 MW
Potencia Instalada 2013 Sistema Peninsular
TOTAL 261.023 GWh
Elevada producción de tecnologías NO GESTIONABLES
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Sistema Eléctrico Español: Bombeo
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SEGUIMIENTO DE LA CURVA DE CARGA
EN CIRCUSTANCIAS DE GRAN VARIABILIDAD EN LA
PRODUCCIÓN DE LA TECNOLOGÍAS NO
GESTIONABLES
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Seguimiento de la curva de carga
Gran flexibilidad de la hidráulica,
especialmente de las Centrales Reversibles
Intervalo de 12 horas Incremento de 9000 MW
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SEGUIMIENTO DE LA CURVA DE CARGA
EN CIRCUNSTANCIAS DE EXCEDENTES DE PRODUCCIÓN
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Seguimiento de la curva de carga
Incremento de más de 6000 MW en las horas valle
Rápida respuesta de la hidráulica,
especialmente de las Centrales Reversibles
Centrales Hidráulica Reversibles
– Tecnología madura, capaz de almacenar grandes cantidades de energía – Alta eficiencia del ciclo completo (70 % - 80%)
– Rápida capacidad de respuesta
– Escasez de emplazamientos adecuados:
– Muchos de estos emplazamientos situados en zonas protegidas – Largos periodos de tramitación
– Largos periodos de construcción (más de 6 años)
– Costes de inversión dependientes de los emplazamientos (0,4 M€/MW – 1,3 M€/ MW) – Imposibilidad de regulación en modo de funcionamiento de bombeo (grupos
convencionales)
Ventajas
Bombeo: La Muela II
LA MUELA I
LA MUELA II
Nº de grupos : Turbinación : Bombeo : MUELA II 4 850 MW 740 MW MUELA I 3 630 MW 540 MW TOTAL 7 1.480 MW 1.280 MWBombeo: La Muela II
Reducción de dimensiones maquinaria
.
LA MUELA I (500 rpm) LA MUELA II (600 rpm) B 3.885 3.360 (-24%) C 9.000 7.981 (-22%)Máquina con tendencias hacia velocidades específicas más bajas.
Menor excavación, menor trabajo en obra, menores transportes.
Menor volumen de excavación.
Menor complejidad técnica.
Mayores saltos de bombeo para máquinas monoetapa
.
Simplicidad de mantenimiento.
Mayor cavitación, desafío para los materiales y simulación fluido dinámica.
Nivel Dep. Sup. 885
Salto bruto 654,0 m Tunel en carga 5.000 m Tubería forzada 1.500 m Nº Unidades 4 rev. Caudal max. 146,7 m3/s Capacidad 880 MW Production 1.468 GWh
Circuito Hidráulico duplicado C.H. Kops II
Tecnología Hidroeléctrica Druckschacht Schieberstollen Pumpensteigleitung horizontale Pumpenleitung Pumpwasserstollen Verbindungsstollen Druckluftkammer Turbine Motor Wandler Pumpe Stauziel Absenkziel Rifabecken 30m 6 1 mBalancing Reservoir Rifa
Top storage level
Draw down level Compressed air chambers
Generator torque converter storage Pump
Low head manifold, pumpwater tunnel high head pump manifold
pipeline
valve chamber Pressure shaft
high head manifold
Bomba150 MW Pelton150 MW
Tecnología Hidroeléctrica
P
Grid= - 100 MW
** Fuente Vorarlberger Illwerke AG
Circuito hidráulico duplicado
Tecnología Hidroeléctrica
•
Regulación continua de potencia en el ± 100 % del rango
•
Facilidad de arranque en bombeo
•
Coste del equipamiento: doble equipo hidráulico (turbina y bomba)
•
Mayores necesidades de espacio en caverna
•
Coste de excavación y revestimiento de las conducciones hidráulicas
•
Necesidad de presurización de la caverna
•
Coste de mantenimiento
VENTAJAS
Tecnología Hidroeléctrica
Variación de la velocidad de máquina mediante el uso de
electrónica de potencia
Similares ventajas que el circuito hidráulico duplicado a
menor coste**
Máquina asíncrona doblemente alimentada
Máquina síncrona con plena conversión de potencia
Diferentes líneas de desarrollo
Inyección frecuencia variable en rotor
Inyección frecuencia variable en estator
** Salvo la capacidad de regulación de potencia en bombeo, limitada por la curva característica de la bomba
Inyección de frecuencia variable en el rotor
Tecnología Hidroeléctrica
Inyección de frecuencia variable en rotor
Rotor trifásico bobinado
•
En función de la velocidad hay
salida/entrada de potencia a través
del rotor
•
Potencia convertidor proporcional a
margen de velocidad
Tecnología Hidroeléctrica
•
Regulación continua de potencia (rango: alrededor de ±10 % de la potencia)
•
Optimización del rendimiento en función del salto y el caudal
•
Facilidad de arranque en bombeo
•
Rapidez de respuesta ante transitorios de la red**
•
Coste del equipamiento: turbina/alternador y electrónica de potencia
•
Mayores necesidades de espacio en caverna
•
Coste de mantenimiento
VENTAJAS
INCONVENIENTES
** Rapidez de respuesta no remunerada por la regulación española, aunque muy valiosa desde el punto de vista de estabilidad dinámica de la Red de Transporte
Tecnología Hidroeléctrica
Conversión de frecuencia en estator
Rotor tradicional con polos
•
Generador tradicional, de
tecnología ampliamente probada
•
Potencia y tensión del convertidor
igual la del grupo
~~
Tecnología Hidroeléctrica
•
Alternador tradicional, de tecnología probada
•
Coste de mantenimiento
•
Posibilidad de aplicación en máquinas existentes
•
Mayor coste de la electrónica de potencia
VENTAJAS
INCONVENIENTES
El desarrollo del Modular Multilevel Converter permite el
desarrollo de esta tecnología
Convertidor modular, que permite valores
superiores de potencia y tensión
El desarrollo de la inyección
de frecuencia en rotor o
estator dependerá del coste
de cada tecnología
Convertidores de Frecuencia SFC
Tecnología Hidroeléctrica -0,50 0,50 1,50 2,50 0, 0 3, 0 6, 0 9, 0 12 ,0 15 ,0 18 ,0 21 ,0 24 ,0 27 ,0 30 ,0 33 ,0 36 ,0 39 ,0 42 ,0 45 ,0 48 ,0 51 ,0 54 ,0 57 ,0 60 ,0 63 ,0 66 ,0 69 ,0 72 ,0 75 ,0 78 ,0 81 ,0 84 ,0 In te ns id ad Ef ic az Es tá to r; Ve lo ci da d; Po te nc ia Ac tiv a Co ns um id a; Te ns ió n (p .u ) SegundosCurvas de arranque asíncrono en bombeo
Intensidad (pu) Velocidad (pu) Potencia activa (pu) Tensión (pu)
El arranque en forma
asíncrona produce
fuertes solicitaciones
a la RED de
transporte y …
… fuertes
solicitaciones a la
propia máquina
Convertidores de Frecuencia SFC: solución
Añadiendo un interruptor de generación (Sg) en media tensión y un equipo
convertidor de frecuencia SFC entre el transformador y el estátor, el arranque en
bombeo se hace suave, durante más tiempo y sin transitorios que afecten a la red
de transporte ni a la máquina
Tecnología Hidroeléctrica
La tecnología actual de electrónica de potencia permite equipos SFC
instalados en armarios compactos, con refrigeración de los
semiconductores por aire o por agua.
En las centrales ya construidas existe el problema del espacio requerido.
Convertidores de Frecuencia SFC: solución
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