Nuevas

tecnologías en

redes inteligentes

Mariano Sanz

Estamos Creando

Futuro

El escenario energético actual, es desde todos los puntos de

vista insostenible.

Se nos invade de informaciones y desinformaciones

continuamente….

Las Nucleares. La fusión. Las Renovables. La fotovoltaica. La

solar térmica. Los sistemas de almacenamiento energético.

El carbón. La captura y tratamiento del CO2. Las tecnologías

del hidrógeno. La biomasa. Las energías del mar. El gas….

Se nos advierte del agotamiento de las fuentes energéticas y

de las materias primas… El petróleo. El Gas. El Plutonio. El

Uranio. El Torio. El Litio. El carbón…

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Con el Proyecto SINTER, Estamos creando las bases de un

escenario futuro más natural, eficiente e inteligente, que el

convencionalmente propuesto

Este escenario se basa en unos conceptos fundamentales,

diferentes a los establecidos hasta el momento.

•Creación de sistemas energéticos inteligentes

descentralizados.

•Implantación de sistemas de integración: Generación-

Consumo-almacenamiento. Ubicados y dimensionados para las

necesidades locales (microrredes).

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

La tecnología principal que está revolucionando los

convencionales límites de la electricidad y la

electrónica es:

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

La nanotecnología, y sus aplicaciones en la

obtención de nuevos materiales nanoestructurados

aplicados a los sistemas de almacenamiento de la

energía eléctrica, a los componentes de las

tecnologías de electrónica de potencia, y los

sistemas de generación eléctrica solar fotovoltaica.

Estamos creando infraestructuras desarrolladas para integrar y

aplicar las nuevas tecnologías

Nanoestructuras del carbono

Formas alotrópicas del Carbono: Fullerenos

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Activated carbons are famous for their surface areas of 1000 to 3000m2/g

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Nanotubos de carbono activado para supercondensadores

de alta densida energética.

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Nanotube filaments on the battery's electrodes

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Células f.v.

3 D

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Nanodielectrics with giant

permittivity

nanodielectric consist of a single or multi-

component dielectric possessing

nanostructures, the presence of which results

in the change of one or several of its dielectric

properties.

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Materiales nanoestructurados por

nanoporos

Los poros están grabados en un substrato de aluminio

(amarillo oscuro).

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Los Ultracondensadores

los hypercondensadores

Almacenamiento electroquímico Electrostático

E ultra 1.000.000 mayor que E convencionales.

E hyper superior al Billón de veces.

Energía almacenada E:

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

E = 1/2 C V2

El largo camino desde los mf hasta los F.

desde V = 3V. … hasta V = 3.000 V.

La Generación distribuida activa en su amplia

concepción de microrredes y conexiones a redes

débiles (extremos de red) aportando las

características de estabilización y regulación

necesarias para la obtención de la calidad de

suministro exigida.

Apostamos por el nuevo modelo de Generación

Distribuida Activa, basado en la integración a la

red de pequeños y medianos sistemas de

generación con la máxima aportación posible de

las energías renovables.

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Interconexión de la generación distribuida activa

en microrredes, con el sistema centralizado

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

CENTRALES Y SUBESTACIONES 2009-2010

Smartcity

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Generalización de las microrredes

de integración.

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

El nuevo escenario energético se

conformará en base a las tecnologías de

almacenamiento, integración, la Electrónica

de Potencia, sensorización, medición, TIC,

informática…..

Homínidos Astrolipitecus robustus Edad de piedra Edad del cobre-bronce

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

El inicio de una nueva

era tecnológica.

Edad del Hierro Edad del Silicio Edad de la Nanotecnología

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

El Proyecto SINTER, es un eslabón más de los proyectos que

estamos realizando desde “el siglo pasado”:

•Proyectos de sistemas de electrónica de potencia para

integración de renovables a velocidad variable

•Proyectos ALTENER de Integración eólica-hídrica

•Proyectos PRIER de Integración de sistemas energéticos con

E.Renovables

•Proyectos PROFIT de integración renovables Hidrógeno.

•Proyecto DENISE de redes inteligentes apoyadas con

microrredes de integración de corriente continua.

•Proyecto SMARTCITY de implementación de microrredes en

ámbito urbano.

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

Mariano Sanz

La realización del PROYECTO SINTER y su

culminación con pleno éxito, no persigue el

cumplimiento de los objetivo con la demostración

de los resultados previstos, si no que debe ser el

punto de partida para emprender las actividades

industriales de tecnología punta, encaminadas a

proporcionar en el escenario energético, el máximo

nivel competitivo de nuestras industrias en el

mercado nacional e internacional.

Proyecto SINTER-Nuevas tecnologías en redes inteligentes

CNETHPC

José Fco Sanz

Objetivos fundamentales de la política energética europea y española:

•Máxima autosuficiencia energética

•Ahorro y el uso racional de la energía

•Diversificación de las fuentes de generación

Antecedentes

Incorporación de nuevas y variadas fuentes de energía renovable

•Ubicadas en función del aprovechamiento del propio recurso y no de las

necesidades del consumo.

•Aleatoriedad.

•Limitadas por las redes de transporte y distribución.

•Necesario: comportamiento dinámico frente a contingencias de red similar a los

sistemas tradicionales

Antecedentes

Existen multitud de puntos en los que el suministro de energía eléctrica no

cumple con las garantías de calidad y seguridad adecuadas.

redes débiles y redes saturadas

•Caídas de tensión

•Fluctuaciones de tensión y frecuencia

•Elevado contenido de armónicos.

Limitan el adecuado desarrollo industrial, agrario y turístico de las

zonas afectadas.

Triple necesidad:

• Adaptar las redes de transporte y distribución

• Mejorar la explotación de los recursos energéticos

• Mejorar la integración de los sistemas de generación renovable en la red eléctrica.

Antecedentes

Líneas de Trabajo:

• Integración de diversos sistemas de generación de energía junto con sistemas de almacenamiento.

• Conexión a la red de equipos para mejorar la calidad de la energía.

Objetivo principal: demostrar la utilidad de la integración de las ER con los

sistemas de almacenamiento para la estabilización de extremos de redes

débiles o saturadas.

Demostrar la la utilidad de la integración de las ER con los sistemas de

almacenamiento para redes aisladas

Son sistemas integrados (generación+almacenamiento), tienen como misión

fundamental asegurar la calidad y la seguridad de suministro eléctrico a

aquellos consumidores o conjunto de consumidores conectados a estas redes

eléctricas.

Con posibilidad de funcionar en forma aislada para alimentar un pequeño

grupo de consumidores, una zona industrial o un área rural.

Aportar la energía activa y reactiva que requiera la red a la que se conectan,

mejorando la estabilidad de la misma evitando desconexiones intempestivas,

así como otros problemas derivados de las fluctuaciones de tensión e incluso

compensando los armónicos que puedan producirse por parte de los usuarios

de la red.

Otros Objetivos tecnológicos:

•Aplanamiento de la curva de demanda

•Permitir el desarrollo de la GD: pequeña y media potencia

•Incrementar la capacidad de transporte de la líneas eléctricas sin necesidad de

nuevas líneas y/o su repotenciación

Tecnologías involucradas:

•Generación

•Eólica

•Fotovoltaica

•Hidráulica velocidad variable

•Almacenamiento:

•Supercondensadores

•Baterías

•Hidrógeno

•Bombeo hidráulico a velocidad variable

•Electrónica de Potencia

•Integración en cc.

•Sistema de control y comunicación inteligente

Integración de E.R. y Almacenamiento

•Necesario para hacer frente a la variabilidad tanto de los recursos como de las cargas

•Permiten, en cierta medida, independizar la generación del consumo mejorando la

calidad de la energía entregada

Escalas temporales:

•Horas, días e incluso semanas o meses: mediante baterías, hidrógeno o almacenamiento

hidráulico.

•Milésimas de segundo hasta los minutos, para hacer frente a variaciones bruscas de la

generación o consumo que pueden afectar a la estabilidad del sistema:condensadores,

supercondensadores o volantes de inercia.

Equipos electrónicos para mejorar la calidad de la energía (FDG y FAP)

FACTS

• STATCOM (STATic Synchronous COMpensator) es el más ampliamente utilizado por

ser el de mejores prestaciones.

• D-STATCOM (Distribution-STATCOM): controlar los flujos de potencia, se pueden

utilizar para compensar desequilibrios, huecos de tensión y armónicos donde se les da

el nombre de “Flexible Distributed Generation” (FDG), siendo muy útiles en sistemas

aislados.

FAP para mejorar el contenido armónico de la corriente y/o de la tensión, compensar

desequilibrios y huecos de tensión.

Sistemas de generación a velocidad variable con barras de corriente continua intermedia

con almacenamiento energético. Pueden asumir parte o todas las funciones de los

FAP y los D-STATCOM, tanto compensando armónicos como inyectando energía

reactiva.

Micorred

Formada por un conjunto de generadores, cargas y sistemas de almacenamiento de

pequeña potencia, tanto eléctricos como térmicos, con capacidad para funcionar

conectada a red o aislada

La interconexión entre ambas debe permitir el flujo bidireccional de energía,

CONEXIÓN SÍNCRONA

•Simplicidad de diseño inicial debido a que es la solución tradicionalmente desarrollada

•Inconvenientes: reparto de cargas entre generadores, tanto de potencia activa como de

reactiva, dificultad para mantener la tensión y frecuencia cuando la red funcione en modo

aislado, dificultad de resincronización cuando se pueda restablecer la conexión a la red

principal.

CONEXIÓN ASÍNCRONA (CORRIENTE CONTINUA)

CONEXIÓN ASÍNCRONA (CORRIENTE CONTINUA)

•Simplicidad de control

•Estabilidad de la microrred

•Disminución de equipos

•Almacenamiento en cc

•Conexión a red

•Resincronización

•Control de P y Q

•Funcionamiento INTEGRADO

RED Eléctrica

CC/

CA

G

CC/

CA

G……..

CC/

CC

FV

CC/

CC

Bus de CC

Almacen

a

miento

CC/CA

CC/

CA

M

CC/

CA

M

CC/

CA

Cargas

AC

Generadores-Almacenamiento Cargas

MICRORRED

• 6 Demostradores

• 2 Actividades

transversales

5 Estabilizadores

1 Laboratorio de ensayos móvil

CT Endesa

Walqa

Valdabra

Tarazona

Soria

Análisis de Viabilidad

Control, supervisión y monitorización

•Análisis de viabilidad económica a nivel mundial de los Estabilizadores

de red CIEMAT

Estado del arte y viabilidad económica a nivel mundial de los Sistemas

Estabilizadores de Red, con integración de elementos de generación y

almacenamiento de hasta un total de 5 MW.

Actividades Transversales

•Sistema de Control y comunicaciones – INYCOM

Sistema de control distribuido (DCS) que, atendiendo a las condiciones de

funcionamiento y características de cada uno de los elementos integrantes del

estabilizador, ya sean generadores o sistemas de almacenamiento, y de las

necesidades de la propia red a la que se conecten, determinará el

funcionamiento de cada uno de ellos.

El AIRE© es un equipo analizador integral de recursos energéticos

multipropósito especialmente diseñado para medidas en aerogeneradores y

redes eléctricas.

Cumple las normas IEC 61400-12-1:2005 de medida de curva de potencia en

aerogeneradores y la UNE-EN 61000-4-30 sobre los métodos de medida de la

calida de suministro.

Además, cumple con los ensayos de compatibilidad electromagnética y

seguridad eléctrica por lo que tienen marcado CE

Actividades Transversales

Demostrador 1: CT en red rural de ENDESA.

Objetivos:

Participantes:

•Estabilizar el nivel de tensión de la red eléctrica mediante

compensación de reactiva instantánea.

•Compensación de desequilibrios.

•Compensar cargas distorsionantes.

III+N

BT

Demostrador 1: CT en red rural de EDENDESA.

DC/AC

DCS+

AIRE

Compensación de Reactiva

0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1

-300

-200

-100

0

100

200

300

0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Tensión de red

Intensidad en la carga

0.06 0.065 0.07 0.075 0.08 0.085 0.09 0.095 0.1-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

Intensidad en el transformador

Compensación de Cargas Desequilibradas

0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14 0.145 0.15-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14 0.145 0.15

-300

-200

-100

0

100

200

300

Tensión de red

Intensidad en la carga

0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.14 0.145 0.15-150

-100

-50

0

50

100

150

Intensidad en el transformador

Compensación de Cargas Distorsionantes

0.15 0.155 0.16 0.165 0.17 0.175 0.18 0.185 0.19 0.195 0.2

-300

-200

-100

0

100

200

300

0.15 0.155 0.16 0.165 0.17 0.175 0.18 0.185 0.19 0.195 0.2-300

-200

-100

0

100

200

300

Tensión de red

Intensidad en la carga

0.15 0.155 0.16 0.165 0.17 0.175 0.18 0.185 0.19 0.195 0.2-300

-200

-100

0

100

200

300

Intensidad en el transformador

Compensación de Cargas Distorsionantes

0.16 0.165 0.17 0.175 0.18 0.185 0.19 0.195 0.2

-300

-200

-100

0

100

200

300

0.16 0.165 0.17 0.175 0.18 0.185 0.19 0.195 0.2-150

-100

-50

0

50

100

150

Tensión de red

Intensidad en la carga

0.16 0.165 0.17 0.175 0.18 0.185 0.19 0.195 0.2-150

-100

-50

0

50

100

150

Intensidad en el transformador

Demostrador 2: WALQA

Fundación para el Desarrollo de nuevas Tecnología del Hidrógeno en

Aragón

Participantes:

Estabilizador, para mejora de las condiciones de red de la Fundación,

integrado en proyecto ITHER

Actualmente:

•Eólica

•Fotovoltaica

Se añade:

•Almacenamiento con H2

•Supercondensadores

•Baterías

DC/AC

Bus DC

DC/DC

SUPER-

CONDENSADORES

DC/DC

ELECTROLIZADOR

DC/DC

BATERÍAS

DC/DC

SEGUIDOR SOLAR

DCS+

AIRE

Demostrador 3: VALDABRA (Huesca)

Instalación de Bombeo del Ayuntamiento de Huesca

C.H.E

Participantes:

Estabilizador, para mejora de la calidad de red de la instalación de bombeo actual,

bombeo con apoyo eólico, conectado a red o aislado, bombeo reversible a

velocidad variable.

Actualmente:

Tres bombas hidráulicas

Se añade:

•Eólica

•Bombeo reversible

•Supercondensadores

•H2

Demostrador 3: VALDABRA (Huesca)

Instalación de Bombeo del Ayuntamiento de Huesca

Demostrador 3: VALDABRA (Huesca)

Instalación de Bombeo del Ayuntamiento de Huesca

Demostrador 3: VALDABRA (Huesca)

Instalación de Bombeo del Ayuntamiento de Huesca

Bus DC

AC/DC

BOMBA

REVERSIBLE

DC/DC

SUPER-

CONDENSADORES

ESTACIÓN DE BOMBEO

AC/DC

TURBINA

EÓLICA

Demostrador 3: VALDABRA (Huesca)

DC/AC

DC/DC

ELECTROLIZADOR

DCS+

AIRE

Demostrador 4: ADES (Tarazona)

Participantes:

Estabilizador, para mejora de la calidad de red de la planta y centro de enseñanza

de la empresa ADES.

Comparación de la integración en D.C- A.C

Actualmente:

Alimentación a la planta

y al centro de enseñanza

Se añade:

•Eólica

•Fotovoltaica

•Supercondensadores

DC/AC

Bus DC

DC/DC

SUPER-

CONDENSADORES

DC/DC

CASA SOLAR

AC/DC

TURBINA

EÓLICA

DC/DC

SEGUIDOR SOLAR

Demostrador 4: ADES (Tarazona)

DCS+

AIRE

SUPER-

CONDENSADORES

DC/AC

CASA SOLAR

DC/AC

AC/DC

TURBINA

EÓLICA

DC/AC

SEGUIDOR SOLAR

DCS+

AIRE

Demostrador 5: CEDER (Soria)

Participantes:

Estabilizador, para mejora de la calidad de red de las instalaciones del CEDER en

Soria.

Actualmente:

Alimentación a las

instalaciones

Se añade:

•Eólica

•Resistencias de

disipación

Bus DCDC/ACAC/DC

TURBINA

EÓLICA DC/DC

ELEMENTOS

RESISTIVOS

DCS+

AIRE

Demostrador 6: Laboratorio Móvil

Participantes:

Aparecen nuevas versiones o procedimientos dentro de los “grid codes”

(en España Separata del borrador del P.O. 12.2.)

EXIGENCIA Soportar, sin desconexión, sobretensiones de al menos:

o1,15 pu durante un segundo

o1,20 pu durante 50 milisegundos

Banco de pruebas capaz de reproducir de forma controlada las faltas y

perturbaciones de red según los nuevos requisitos

o Todo el equipo tiene que ir montado

en un laboratorio móvil que se pueda

desplazar a los Estabilizadores objeto

de ensayo.

o Circe cuenta con la experiencia

necesaria por haber diseñado y

montado el laboratorio MEGHA, de

similares características, para ensayar

la respuesta de los aerogeneradores

ante huecos de tensión.

o La solución óptima es

montar el laboratorio en

un remolque debido a las

facilidades que ofrece

para su desplazamiento

o El espacio interior

del laboratorio móvil

es similar a una

subestación eléctrica

CNETHPC

MÁXIMO VALENCIANOGERENTE INYCOM

Presentación del proyecto y sus socios

El consorcio formado por

Fundación CIRCE Fundación del hidrógeno de Aragón (FHa) Instrumentación y Componentes, S.A. (INYCOM) Aplicaciones de Energías Sustitutivas, S.L. (ADES) Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, Centro de desarrollo de Energías Renovables CIEMAT-CEDER Centro Nacional de Experimentación de Tecnologías del Hidrogeno y Pilas de Combustible (CNETHPC)

presenta el proyecto SINTER (Sistemas Inteligentes de Estabilización de red), cuyo objeto principal es la integración de energías renovables (eólica, fotovoltaica e hidráulica), incluyendo almacenamiento (hidrógeno, supercondensadores, baterías, bombeo hidráulico, etc.), con funciones de estabilización de red.

COLABORADORES:

DIPUTACIÓN GENERAL DE ARAGÓN

CONFEDERACIÓN HIDROGRÁFICA DEL EBRO

AYUNTAMIENTO DE HUESCA

ENDESA

El proyecto que se presenta tiene como finalidad generar un consorcio de entidades capaz de diseñar, construir, instalar, poner en marcha, mantener y dar servicio posventa, así como llevar la gestión comercial de SISTEMAS INTELIGENTES ESTABILIZADORES DE RED (SINTER).

La duración de la actividad será desde 22 de Abril del 2009 hasta 31 de Diciembre del 2011 (financiado, en el marco del Plan E, por el Ministerio de Ciencia e Innovación hasta Abril de 2010).

El importe del proyecto asciende a 4,3 millones de euros, de los que el 67% (2,89 M €) ha sido aportado por el Ministerio de Ciencia e Innovación a través del Plan E.

Los Objetivos Industriales del proyecto son:

Desarrollar una línea de productos de elevado nivel tecnológico basados principalmente en, sistemas de generación de ER, sistemas de electrónica de potencia y TIC.

Conformar un grupo de empresas especializado en el diseño, producción, instalación, venta y puesta en marcha de los mencionados productos.

Integración de un sistema de electrólisis de alta presión, de tecnología nacional, en los sistemas estabilizadores de red e integrados con energía eólica.

Transferencia de tecnología de los Centros de Investigación hacia las PYMES regionales y nacionales.

Promoción de la generación Distribuida, lo que implica desarrollo de sistemas de generación y almacenamiento de potencias medias.

Los Objetivos Medioambientales del proyecto son:

Incrementar la penetración de las energías renovables en el mercado eléctrico, con la consiguiente reducción del impacto negativo asociado a las fuentes tradicionales.

Reducción de la necesidad de nuevas líneas eléctricas de gran capacidad de transporte y de incrementar los grandes sistemas de generación, debido al desarrollo de la Generación Distribuida.

Los Objetivos Socioeconómicos del proyecto son:

Generar más de 20 puestos de trabajos directos de alta especialización, capaces a su vez de dar lugar a un número mayor de puestos de trabajo inducidos.

Incrementar las posibilidades de expansión industrial, agrícola y turística en zonas rurales.

Mejorar la calidad de vida de clientes finales de la energía eléctrica en comunidades rurales.

Reducción de la emigración de zonas rurales a zonas densamente pobladas.

El Plan Energético de Aragón 2005-2012 se vertebra en cuatro estrategias fundamentales:

-- El incremento del parque de generación eléctrica.-- El desarrollo de las infraestructuras energéticas.-- La promoción de las energías renovables.-- El ahorro y uso eficiente de la energía.

Desde SINTER se incide en el Plan Energético de Aragón y va muy alineado con las estrategias y actuaciones de dicho Plan.

Además, ayuda a posicionar a Aragón como un referente en este tipo de tecnologías, que todas las empresas que participamos en SINTER, consideramos estratégicas.

Solo tenemos que pensar en la cantidad de personas y pequeñas comunidades de personas, que viven en demarcaciones geográficas, donde el suministro eléctrico o no existe o es de bajísima calidad.

Miremos fuera de nuestras fronteras y encontraremos países mucho mas necesitados que el nuestro de este tipo de soluciones. Por tanto, con SINTER se abre un abanico muy grande de posibilidades a corto y medio plazo, tanto dentro como fuera de nuestras fronteras.

APORTACIÓN DE ADES AL PROYECTO SINTER

Manuel Lahuerta Romeo

SINTERSistemas inteligentes estabilizadores de red a partir

de energías renovables

ADESDiseñador y fabricante de los captadores

de energía renovable

ENERGÍA SOLAR

Regular Predecible Estable

No es fácilmente acumulable

ENERGÍA HIDRÁULICA

Predecible Estable

Es acumulable

ENERGÍA EÓLICA - “Potro salvaje”

Fuente

Turbina

Red

Nuestro diseño eólico

La fuerza está en la innovación y la propiedad intelectual registrada como mayor garantía del trabajo

estable.

AGRADECIMIENTOS:

Circe

Inycom

Colaboradores

DGA – Consejería de Industria