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EMPRESAS PÚBLICAS DE MEDELLÍNTERCERA JORNADA
TECNOLÓGICA DE ENERGÍAINTEGRACIÓN A LA RED
ELÉCTRICA DE RECURSOS RENOVABLES EL
ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO, UN RETO MAYORMAYO
2009
Jaime Blandón Díaz
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AGENDA

• GENERACIÓN DISTRIBUIDA
• FORMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
• REFLEXIONES

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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LA GENERACIÓN
DISTRIBUÍDA

• Normalmente se ubica en cercanías de las cargas
• Generalmente es de escala mediana o pequeña
• Usualmente se instala en niveles medios de
  tensión
• Actualmente se centra mucho en energías
  renovables
• Su naturaleza frecuentemente es intermitente
• No responde normalmente a una planeación
  centralizada sino a una oportunidad que se
  aprovecha

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CARACTERÍSTICAS DE LAGENERACIÓN DISTRIBUÍDA

• En el caso colombiano las grandes generaciones
  se decidieron de forma centralizada y aunque en
  su época no se había acuñado el término, puede
  afirmarse que corresponde a una generación
  distribuida, aunque no presente directamente las
  características anteriores.

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VENTAJAS DE LA GENERACIÓN DISTRIBUÍDA

• Reduce pérdidas de transmisión y distribución
• Puede brindar apoyo en el soporte de tensiones de
  los sistemas de distribución
• Aprovecha redes que normalmente son solo para
  distribución radial
• Permite transportar energía de proyectos cuyo
  costo de transmisión serían un impedimento
  económico definitivo
• Reduce las necesidades de trasporte de energía
  desde el STN (libera capacidad)

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INCENTIVOS REGULATORIOS PARA LA GENERACIÓN
DISTRIBUIDA
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OTROS INCENTIVOS REGULATORIOS PARA LA GENERACIÓN
DISTRIBUIDA

• Posibilidad de incentivos en el mercado de CO2
• Cuando no es propiedad del OR, repartir
  beneficios de la figura anterior
• Cargo por Confiabilidad en calidad de plantas
  menores

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ALGUNOS RETOS PARA LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA

• Reducir los costos de suministro e instalación
• No convertirse en mecanismo de arbitraje para
  alterar la demanda horaria
• Colaborar efectivamente con la estabilidad de
  la red
• Trabajar coordinadamente para el control de
  reactivos y voltajes de la red

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ALGUNOS RETOS DE LAS ENERGÍA ALTERNATIVAS
Incremento de uso de energías alternativas
Intermitencia inherente de las cargas
Problemas de integración
Oportunidades Aplanar la curva de carga a partir
de energías renovables Reducir los esfuerzos
sobre la transmisión Diseñar nuevos servicios
auxiliares o complementarios de
generación Arbitraje sano de precios
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INTRODUCCIÓN AL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

• El almacenamiento es una reacción natural para
  la conservación de las especies, tanto en los
  animales como en el hombre.
• En el caso humano
• Alimentos en gran escala
• Baterías para electrodomésticos y PC
• Hielo para las bebidas
• Agua potable para consumo
• Agua para la generación eléctrica
• En el caso de almacenamientos energéticos existe
  un gran reto porque la naturaleza castiga con
  entropía los grandes almacenamientos
  (hidrocarburos, química, energía nuclear)

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ENERGÍA RENOVABLE Y ALMACENAMIENTO

• Las variables que han impulsado la necesidad de
  almacenamiento energético durante al menos un
  día, son
• Variación de las cargas horarias residenciales
• Aires acondicionados que crean diferencias en la
  curva de carga
• Industrias de comportamiento no plano en demanda
• Alumbrado público y privado
• Intermitencia en las fuentes energéticas limpias,
  en especial viento y sol, en relación con las
  solicitudes de la demanda
• Variaciones del costo de la energía en el día
• Aleatoriedad de las fuentes de energía

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TIPOS DE ALMACENAMIENTO PARA ENERGÍA ELÉCTRICA
Tradicionales Combustibles fósiles Baterías
convencionales Generación Bombeo
hidroeléctrica Tecnologías en desarrollo Almacen
amiento de energía con aire comprimido
(CAES) Baterías Electro-químicas Magnetos con
Superconductores (SMES) Masas rodantes
(Flywheels) Almacenamiento de Energía Térmica
(TES)
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CARACTERÍSTICAS CLAVE EN LAS DISTINTAS FORMAS DE
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

• Estado de desarrollo técnico para uso confiable y
  económico en gran escala
• Costo del capital inicial (/kW y /kWh)
• Vida útil
• Costos de reposición y mantenimiento
• Eficiencia completa del ciclo
• Comportamiento en descarga rápida
• Comportamiento en descarga lenta
• Facilidades de montaje
• Facilidades ambientales
• Cada una de estas características dependen del
  tipo de tecnología utilizada

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GENERACIÓN BOMBEO CON HIDROELÉCTRICAS

• Completamente comercial, se tiene historia de uso
• Costo de capital moderado (USD 1500/kWh)
• Larga vida útil (gt30 años)
• Eficiencia del ciclo mayor al 75
• No es usada en descarga rápida
• Utilizada en descarga lenta (varias horas)
• Presenta algunas dificultades de montaje y
  ambientales
• Tiene largos períodos de gestación y construcción

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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ALMACENAMIENTO POR AIRE COMPRIMIDO

• Algunos proyectos de demostración. Se están
  planeando proyectos de segunda generación
• Costo del capital moderado (USD 1000/kWh)
• Vida útil media (gt20 años)
• Eficiencia del ciclo completa moderada (gt 60 )
• No usado en descarga rápida
• Práctico para descarga lenta (varias horas)
• Presenta algunas dificultades de montaje y puesta
  en marcha (incluyendo ambientales)
• Períodos de permisos y construcción largos

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ESTACIÓN DE ALMACENAMIENTO POR AIRE COMPRIMIDO
CONVENCIONAL
Requiere combustión de gas natural
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SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO CON HIDRÁULICAS
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SISTEMA DE AIRE COMPRIMIDO CON HIDRÁULICAS
Fuente alternativa
Sistema de compresión y recuperación
Tanque aire/ agua
Red
Generador
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CICLO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS DE COMPRESIÓN
AIRE/AGUA
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RELACIÓN DE ALMACENAJE ENERGÉTICO
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PARTE CONVENCIONAL
TURBINA PELTON
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EXTRACCIÓN Y VENTEO
Después de que el tanque se vacía de agua, queda
una presión residual de aire (energía residual).
Si la presión permanece en el tanque se debe
entregar energía adicional para hacer que el agua
entre nuevamente al mismo. Si se ventea el aire
residual se bota energía. Se usa entonces un
algoritmo dual de tanques que permite sacar el
agua y retornarla sin casi pérdida de energía,
almacenando en otro tanque la presión residual
mientras se llena el tanque
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COMPORTAMIENTO EN LA CURVA DIARIA DE CARGA
Potencia (MW)
Tiempo (h)
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BATERÍAS ELECTRO- QUÍMICAS

• Demostración pionera de solo 1 MW
• Costos de capital muy elevados (entre USD
  2000/kWh y 5000/kWh)
• Vida útil limitada (lt15 años)
• Eficiencia del ciclo completo moderada ( 70 )
• Prácticas para descarga rápida (minutos)
• Prácticas para descarga lenta (varias horas)
• Casi no tienen problemas de instalación en sitio
  (algunos ambientales)
• Períodos de permisos y de instalación
  relativamente cortos

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MAGNETOS SUPERCONDUCTORES(SMES)

• Desarrollos proyectados entre 10 MW y 100 MW
• Muy alto costo de capital (gt USD 8000/kWh)
• Vida útil indeterminada todavía
• Eficiencia del ciclo completo moderada
• Prácticos para descargas muy rápidas (segundos)
• No son prácticos para descargas lentas
• No presentan grandes dificultades en su sitio de
  instalación (ambientales)
• Períodos de permisos e instalación moderados

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MASAS RODANTES

• Se tiene un proyecto en demostración de 1 MW. Se
  tiene planeado un piloto de 20 MW
• Costo de capital mediano ( USD 1000/kW)
• Vida útil media (20 años)
• Eficiencia de ciclo completo moderada ( 70 )
• Prácticas para descarga rápida (entre segundos y
  minutos)
• Podrían usarse para descargas de hasta 15 minutos
• No presentan grandes dificultades en el sitio
  (técnicas o ambientales)
• Períodos cortos de permisos y de instalación

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ALMACENAMIENTO TÉRMICO (TES)

• Existe un buen número de proyectos
• Costos moderados de capital (lt USD 1000/kWh)
• Vida útil media (20 años)
• Eficiencia moderada (gt 70 )
• No práctico para descarga rápida
• Práctico para descarga lenta (varias horas)
• No presenta grandes problemas de ubicación
  (técnicos o ambientales)
• Períodos medios de permisos y construcción

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TIPOS DE ALMACENAMIENTO TÉRMICO
Calor Latente de Hielo Convierte el agua en
hielo fuera del pico de carga y lo derrite
durante el pico de carga. A bajas temperaturas
(34 F ó 44 F), aprovechando la energía
almacenada en el cambio de estado. Calor
sensible Se usa un tanque aislado con dos tipos
de gases a temperaturas bajas pero diferentes (39
F a 42 F). Se utiliza un enfriado normal. El
calor a extractar del agua se usa para enfriar
aire de entrada a turbinas térmicas
convencionales, incrementando la eficiencia en
hasta un 20 o para enfriar agua de
refrigeración en procesos de venta de frio.
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ALMACENAMIENTO TÉRMICO ARABIA SAUDITA 2005 /
50 MW
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ALGUNAS REFLEXIONES FINALES
El mundo está ávido de energías limpias. La
generación distribuida traerá algunos alivios
pero no es actualmente una solución implementable
de forma sistemática en nuestro país, a costos
razonables, y no se justifica por ahora cargar
extra-costos a los usuarios para impulsarla. Es
importante hacer una adecuada vigilancia
tecnológica de estas alternativas energéticas
porque so se sabe cuándo se hagan verdaderamente
competitivas frente a las energías convencionales
del país. El almacenamiento de energía es un
negocio rentable que debería, no solo ser
considerado seriamente por los inversionistas en
Colombia, sino que debería ser reconocido por el
regulador económico del sector, en las
aplicaciones referidas a soporte de estabilidad.