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.
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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:
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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