Zaragoza, marzo 2017

“El almacenamiento de la electricidad” (una oportunidad para el desarrollo innovador y de negocio)

Joan Ramón Morante IREC, Institut de Recerca en Energia de Catalunya

y

Universitat de Barcelona

Zaragoza, marzo 2017

Disponibilidad inmediata de energía

¿Que implica?

Zaragoza, marzo 2017

Zaragoza, marzo 2017

Zaragoza, marzo 2017

Nueva cadena de valores eléctricos con almacenamiento de energía con una “sexta dimensión“

ALMACENAMIENTO

DISTRIBUIDO DE ENERGIA

INTEGRACION DE

ENERGIA RENOVABABLES

• servicios particularizados

• precios particularizados

• nuevas estrategias para servicios

• servicios privatizados

Gastos de generación de la energía: variable dependiendo

del consumo

Gastos de transporte y distribución: fijos a repartir

Distributed Energy

Storage Systems

RENEWABLE

ENERGY

INTEGRATION Climatic change

CO2 emissions

Zaragoza, marzo 2017

Las tecnologías de Almacenamiento ofrecen servicios a diferentes

niveles

•GENERACIÓN -Suministro

Integración de Renovables

Peak shaving

Arbitraje de precios

Servicios auxiliares

Regulación de frecuencia

Reserva rodante

Gestión de costes de ciclado

•T&D - Entrega Aplazamiento de inversión en la red de T&D

Incremento del factor de carga en T&D

Extensión de la vida de componentes de la T&D

Fiabilidad

Arranque (desconexión)

Calidad de Electricidad

Apoyo de voltaje

Gestión de la congestión

USUARIO FINAL

Gestión energética

comercial e industrial

Evitar apagones (SAI)

Reducción del coste de

energía

Ahorro en costes

Gestión de energía a nive´l

doméstico

Sistemas de apoyo

ENERGY STORAGE

In front of an Intermittent and fluctuant renewable energies: ONE CHALLENGE: HOW STORE ENERGY?

SOURCE: IREC

Selected energy densities

New Batteries?

HOW PRODUCE SYNTHETIC FUELS OR ADDED VALUES CHEMICALS?

Diferentes usos del almacenamiento de energía en la red

dependiendo de la frecuencia y la duración

Calidad de

energía

Regulación

primaria

Reserva de

suministro de

electricidad Desplazamiento

de la demanda

Logroño, octubre 2014

Zaragoza, marzo 2017

Zaragoza, marzo 2017

Sistema hidráulico de

bombeo en Aguayo

Santander (Spain)

Rango de Potencia: 100-5000 MW Rango de Energía: 1-24h Tiempo de repsuesta : s-min Densidad de Energía: 0,04Wh/l-1,5Wh/l Autodescarga: 0%/day Temperatura de operación: >0ºC Eficiencia del ciclo completo75% VIda: 50-100 years

Lundigton Pumped Storage Power Plant.

Michigan (USA).

Elevación 400 pies sobre el lago Michigan,

0.04 Wh/l densidad de energia

15.000MWh energía almacenada

1872MW Potencia de salida (21,5 GW total

US)

Almacenamiento de Energía por Aire comprimido

Huntorf, Alemania, KBB, E.ON

Principio básico: Almacenar energía mecánicamente mediante la compresión del aire de la atmósfera, por ejemplo cavernas subterráneas. Capacidades en todo el mundo: 320 MW (Alemania), 110 MW (USA).

Proyectos: USA, Italia, Japón, Israel, Corea, Sudáfrica Marruecos.

Desarrollos en Europa Cavernas subterráneas potenciales: Alemania, Dinamarca, España, Francia, Países Bajos, Portugal, Reino unido

I&D Adiabático CAES: ADELE proyecto (Alemania). Campos de investigación: Identificación de nuevos países: En contenedores o en sistemas terrestres. (SSCAES)

Adiabático CAES (AA-CAES): demostración; bajo coste.

Compresión isotérmica (ciclo termodinámicamente reversible, eficiencia teórica de 100%): demostración ; Bajo coste

Source: EC, JRC- SETIS, Technology Map (2011).

Potencial de CAES , Calaminus (2007)

Zaragoza, marzo 2017

Metano sintetico

biometano

Zaragoza, marzo 2017

Zaragoza, marzo 2017

- Ofrecer recarga de la batería durante almenos 4000 ciclos al 80% DOD (profundidad de descarga) en condiciones típicas de BEV durante entre 10 a 15 años, manteniendo densidades de energía de almenos 250 Wh/kg durante su tiempo de vida y permitiendo una reducción considerable del “efecto memoria” de la batería

- Alcanzar viabilidad económica y realizabilidad tecnológica de

materiales avanzados - Mejora de las capacidades de baterías producidas actualmente en

la UE - Uso de materiales sostenibles mediambientalmente y

economicamente.

Requerimientos de la Unión Europea para Baterías de Vehículos Eléctricos:

From 2014 Total Battery Consulting, Inc.

Sevilla, febrero 2016

El precio oscila entre los

10.000 y 15.000 $.

Dos modelos, 7 kWh y otro

de 15 kWh.

Tesla ofrecerá facilidades de

compra, una entrada de

1.500 $ y 15 $ mensuales

durante 20 años.

Gracias a este alquiler el

precio se reducirá

dramáticamente.

Baterias de flujo redox como una solución versátil al almacenamiento estacionario

~ 10KWh

BAPV + BIPV

+ Other renewals sources

CONCEPT: Energy Storage Smart

System for End Users

Grid Smart Metering

E Storage

Smart

Power

Electronic

Conditioner

http://www.volterion.com/eng-1/

Module for 2 kW Power

Automatic optimization of self consumption

complete process integration

compact size

Tanks/ housing / electrolyte custom designed

Prototipos comerciales para almacenamiento estacionario y movilidad

Beyond Lithium-ion batteries: Baterías de flujo

Beyond Lithium-ion batteries: Baterías de flujo

PNNL 1.2-kW/1-kWh all-

vanadium redox flow

battery.

(a) Stack with balance of

plant.

(b) Stack

The Isle of Gigha and the Application

• Community owned Wind

• Population ~150

• Tourism, Farming, Brewing

• Renewables potential

• Sub-sea cable

• One of the longest 11 kV feeders to mainland

• Remote and wild

The Isle of Gigha and the Application

Current position: • New (4th) wind turbine installed - exceeds T&D limits • 330 kW constrained to 225 kW at 0.85 p.f. • Line capacity upgrades not yet available • Lose 3 GWh over asset life

Primary objective: • Constrained energy recovery with on-

peak dispatch • Enhanced FIT benefit • Opportunity to increase RE generation by

30%

REDT

Integration of 1 MW/5 MWh of flow battery system for

load leveling and peak shaving at Sumitomo Yokohama Works.

(Photo Sumitomo Electric Company.

R. Darling et al. EES (2014)

Fin de semana

Intermedia

Carga Punta

Base

Eólica

Fotovoltaica Demanda

Solar concentración

Carga

21% renovables

EXCESO DE ENERGIA

Consumo

representativo en una

semana

60% renovables

Energía eólica

Energía solar

Sin renovables

ELECTRICIDAD GAS

P2G ( Power to Gas): almacenamiento químico para utilizar

a) excedentes de producción de energía renovables

b) fuentes de carbono de origen biogénico

c) P2L frente P2G

eficiencia económica y energética

Energía eléctrica a gas (P2G) con inyección en la red de gas es una de

las mejores soluciones para tener capacidad de almacenamiento de

larga duración

http://www.grtgaz.com/fileadmin/transition_energetique/documents/hydrogene_et_reseau_e-

cube_GRTgaz.pdf

http://www.grtgaz.com/fileadmin/engagements/documents/fr/Power-to-Gas-etude-ADEME-GRTgaz-GrDF-

complete.pdf

Methanation: Solar Hydrogen +CO2

Renewable energy +feed stocks (H2, CO2)

100%

Feed stocks managements

95% Efficiency 95%; loss 5%

Methanation

76% Efficiency 80%; loss 19%

Compressor, storage and CH4 pipe

74,5% Efficiency 98,5%; loss 1.5%

Gas transport (500Km)

Efficiency 99,55%, loss 0,37%

74,1% Methanation: Solar

Hydrogen+CO2

44

Instalación de

1 MWel Inyección de hasta

200m3/h

Producción de hasta

25m3/h

2017/2018

Proyecto Jupiter 1000 Planta en el puerto de Fos sur Mer cerca de

Marsella (Francia)

CO2

CH4

Audi g-tron CH4

Power-to-gas: Linking of the electricity and mobility sector by Audi e-gas plant

Function of the Audi e-gas Project

electricity

Electrolysis

H2

Methanation

Gas power station

Gas grid:

CH4 = natural

gas for

heating,

mobility,

power

generation

CH4 = e-gas

Strom

Audi´s first plant:

CO2 from residues based biogas plant

CO2

CO2 + CH4

Gas-injection

CH4 = Biomethan

Fuente: ETOGAS, Audi

Proyecto P2G de ETOGAS para AUDI en Werlte (Alemania): Planta de 6.3MWel

Electrolyzer hall One of three 2MWel

electrolyzers Methanation reactor

Power-to-Gas: Audi e-gas plant in Werlte (Germany)

biogas plant on the right, 330 Nm³/h of CO2

Zaragoza, marzo 2017

¿Cuanta electricidad se almacena en forma de calor como fuente distribuida?

10000000 de hogares X 3.3KWX6horas/día X 300 días/año= 60 TWh año

Zaragoza, marzo 2017

Incertezas relacionadas con el futuro de la generación y demanda de la energía:

En la evolución del sector de la potencia, nivel introducción de Renovables precio

emisionesl CO2 , carga-base (nuclear)

Efectividad en la gestión de la demanda en las curvas de demanda y la nivelación de

los picos de consumo. Uso del exceso or surplus de energia.

- La dificultad para evaluar los beneficios del almacenamiento debido a:

El solapamiento de múltiples servicios debido al almacenamiento en diferentes

niveles (generación, T&D, usuarios finales)

La dificultad para evaluar un marco regulatorio común en los mercados de la EU

dado la heterogenia de los Estados miembros. Falta de una regulación adaptada a la

evolución de las nuevas tecnologías.

Mercado y regulación

CONCLUSION: CIENCIA Y TECNOLOGIA ESTAN

CONTRIBUYENDO A INTRODUCIR MEJORAS

PERO HAY QUE INSISTIR EN:

1.-REGULACION

2.-LEGISLACION

3.-EFICIENCIA ECONOMICA

4.-SOLIDARIDAD SOCIAL

5.-ESTRATEGIA POLITICA

ESTOS TEMAS DEBEN ACOMPAÑAR A LAS ACCIONES PARA

DEMOCRATIZAR MAS LA ENERGIA ASEGURAR ACCESO A LA ENERGIA ABUNDANTE Y BARATA

FACILITAR Y FAVORECER EL USO DE ENERGIAS RENOVABLES

RESPECTABLES CON EL MEDIO AMBIENTE

CONSTRUIR UN FUTURO ENERGETICO EN BASE A LA EFICIENCIA.

Zaragoza, marzo 2017

Fondos:

Gracias por su

atención