Mesa 1Retos para el sector de la electricidad

Alberto R. Rocha Director de Innovación y Desarrollo de Negocio

ACS SCE – Servicios Comunicaciones y Energía

Los servicios de flexibilidad y balance

en un entorno de alta penetración

de renovables

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ACS SCE. Áreas de Negocio

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ACS SCE. Áreas de Negocio

La menos flexible Más incómoda para el sistema Muy estacional La más económica Puede mejorar con la electrónica de potencia

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ENERGÍAS RENOVABLES

Concentrada, condicionada a una ubicación adecuada Muy flexible gracias al almacenamiento Fácil de hibridar Estacional pero con posibilidad de dar firmeza a través de la hibridación

Concentrada y ubicada donde existen condiciones adecuadas. Estacional. No gestionable, aunque cada vez más predecible A mayor penetración más predecible en el conjunto de un territorio. Puede entrar y salir con rampas muy pronunciadas, menos difícil que la PV.

Excelente flexibilidad (si tiene embalse) Escasez de buenos emplazamientos en países desarrollados Potencial importante en países emergentes y en desarrollo Minihidroeléctrica (generalmente fluyente) predecible pero no gestionable

Solar Fotovoltaica

Termosolar

Eólica terrestre ymarina

Hidroeléctrica

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ENERGÍAS RENOVABLES: FACTORES ECONÓMICOS

Las energías renovables no gestionables ya son más económicas, enpuros términos de €/MWh, y en lugares con recurso natural, que lastecnologías que consumen recursos fósiles.

Su intermitencia da lugar a problemas de integración que crecenexponencialmente con su participación en el mix de generación.

La hidroeléctrica y la solar termoeléctrica con almacenamiento tienencaracterísticas intrínsecas mucho más favorables desde el punto devista de su integración.

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BALANCE

La oferta y la demanda no se dan al mismo tiempo + la electricidad es difícil y cara de almacenar realizar un balance planificado, a varios niveles, integrando datos técnicos y económicos, como:

• Resultados del mercado. Priorizando la generación más económica• La capacidad de las instalaciones de generación y consumo para adaptarse a modificaciones en su

estado de servicio• La capacidad de la red transporte para manejar la combinación de generación y consumo

resultante• Las necesidades de reservas (back-up) para la seguridad del sistema ante incidencias

TAREAS MÁS SENCILLAS EN FUNCIÓN DE LA FLEXIBILIDAD LOS ELEMENTOS DEL SISTEMA ELÉCTRICO

La oferta y la demanda no se dan en el mismo lugar geográfico Necesidad de transportar la electricidad Redes de transporte y distribución

Balancing electricity supply and demand across different time horizons.

Source: Imperial London College 2016

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A pesar de la planificación, con frecuencia se producen incidencias degeneración, en el transporte o en la demanda. Para afrontar estasincidencias las TSOs necesitan tener en reserva capacidades de diverso tipo.

La reserva de capacidad (instalaciones que pueden entrar en servicio en untiempo corto) es otro “Servicio de Flexibilidad”, al igual que el dado porciertos generadores capaces de modificar el factor de potencia o contribuiral sostenimiento de la frecuencia.

Source: Scenario Outlook & Adequacy Forecasts ENTSO-E 2015 RL = L – varRES(wind+solar) – must run

Flexibility demand in extreme conditions

Estos números indican el límite superiorpara las rampas de carga residual por horadurante las peores nueve horas (8760 ×0,1% ~ 9 horas) dentro de los 14 añosclimáticos analizados. Escenario simulado2020-B

Francia, UK y España están seriamenteafectadas por las peores 9 horas de rampa

France Great Britain Spain

CALIDAD Y SEGURIDAD DEL SUMINISTRO

System frequency evolution after a contingencySource: National Grid

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DIFICULTADES DE INTEGRACIÓN

• Generación inflexible: p.e.: sólo cuando hay recursorenovable (eólica, PV), funcionamiento continuo(nuclear)

• Impredecible: difícil de programar (p.e. eólica)• Ausencia de inercia• Disparo en huecos de tensión• No contribución al sostenimiento de los parámetros

del sistema o a su estabilidad• No se despacha centralizadamente

System Inegration Cost of wind as Function of Total wind penetration. Source: Imperial College London

Las dificultades de integración pueden ser distintas dependiendo de lastecnologías, el grado de penetración y otras variables.

Es importante medir el valor de la energía que se genera más que el precio, alcomparar tecnologías más o menos flexibles. Directamente relacionado con loscostes de los servicios de flexibilidad.

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SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD

Los SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD son las principales “herramientas” que permiten asegurar la seguridad y calidad del suministro:

• Flexibilidad en la generación:• Potencia y su variación• Tensión• Frecuencia• Factor de potencia

• La flexibilidad en la demanda, especialmente que sea interrumpible o modulable, de forma voluntaria o forzosa (load shedding)

• El transporte y la distribución, buscando su robustez y capacidad para permitir utilizar plenamente los recursos del sistema y ampliar las fronteras de éste mediante integración con otros sistemas

• El almacenamiento, tanto localizado como de gran escala

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COSTES DE LOS SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD

Ya existen estudios cuantificando los costes de integración de las distintas renovables intermitentes para distintos escenarios de flexibilidad del sistema.- Inversión en back-up- Servicios complementarios para operación

Estudio “WHOLE SYSTEM COST OF VARIABLE RENEWABLES IN FUTURE GB ELECTRICITY SYSTEM” realizado por la consultora Imperial College London.

SIC of offshore wind, onshore wind and Solar PV compared to nuclear across all scenarios.Source: Imperial College London 2016

Value of Flexible generation with 10 minute vs. Hourlymodelling. Source: Imperial College London 2016

Planta Fotovoltaica Lesedi Sudáfrica

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CÓMO AUMENTAR LA FLEXIBILIDAD DE LA GENERACIÓN:

ALMACENAMIENTO E HIBRIDACIÓN

GRIDSOL Project.

• Smart Renewable Hubs for Flexible Generation• Solar Grid Stability• Combinación de energías renovables que entran en

operación de manera flexible en función de las necesidades del sistema (mercados de flexibilidad)

• Hibridación, almacenamiento y DOME (Control) elementos claves de la integración

• Back-up propio

Nuevo concepto de configuración de plantas CSP.

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FLEXIBILIDAD DE LA DEMANDA Y ALMACENAMIENTO

Impact of Distributed Solar PV on Network Cost with DifferentLevels of Energy Storage. Source: MIT

Fuente: Lazard (2015). Levelized cost of storage calculations assume 10 years project life, 1 MW, 4MWh battery, 350 cycles per year at 100 percent depth of discharge, and $50 per MWh cost of

charging. Diesel generator cost are provided for comparision

EV Penetration for SpainLevelized Cost of Storage (Dollar per Megawatt-hour) for Various Technologies in

Commercial and Industrial Applications

• La Gestión de la Demanda puede ser un factor de flexibilidad muy importante, especialmente en relación con las TIC, en unos pocos años

• Los costes de las tecnologías de almacenamiento de energía oscilan en un rango muy amplio y son caros de momento, pero es probable que haya una reducción de costes y mejora de prestaciones en pocos años.

• La expansión de los VEs puede suponer un empujón simultáneo para los dos mecanismos de flexibilidad

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Transmisión

• Redes nacionales: la eliminación de cuellos de botella permite mejorar la flexibilidad del sistema

• Conexiones transfronterizas: principal objetivo es el apoyo mutuo en caso de incidencias o grandes desviaciones imprevisibles

• Redes Pan-Europeas (E-highways): transporte de grandes cantidades de renovables; proporcionar/compartir potencia de respaldo ante fluctuaciones de las renovables; facilitar la ubicación de las renovables donde sea más económico, facilitando la sostenibilidad económica de la descarbonización de los sistemas eléctricos

BRITIB

Las líneas aéreas cada vez se encuentran con más resistencia de las poblaciones afectadas.La tecnología HVDC, las líneas subterráneas, y sobre todo, los grandes E-highways submarinos, deben permitir compartir recursos de generación y flexibilidad, y hacer posible una mayor integración de renovables a costes razonables

TRANSMISIÓN

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Evolución Tecnológica vs Amortización de la Inversión

La evolución tecnológica siempre se produce de forma que las inversiones en equipos o en industrias manufactureras pueden quedarse económicamente obsoletas antes de su amortización. Lo novedoso, es la velocidad y la frecuencia con que se produce esta obsolescencia, de forma que en pocos años el panorama de la industria cambia completamente.

Las primeras centrales hidroeléctricas, o incluso las nucleares, han llegado a su amortización contable antes de que eclosionen tecnologías renovables, en particular la solar y la eólica, cuyos costes se reducen más rápidamente de lo anticipado.

Cabe suponer que estas reducciones se sigan produciendo, si bien a un ritmo relativamente menor, pero en todo caso en periodos temporales alejados de los plazos de recuperación de inversiones, de 15 a 20 años, que hasta ahora se consideraban razonables.

Las incertidumbres regulatorias y de planificación pública se añaden a las tecnológicas a la hora de tomar decisiones de inversión

Impact of Pricing Rules on Investment Decisions in a Simulated System

Fuente: Estudio “Utility of the Future. 2016. MIT ie

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Legislación para el nuevo diseño del Mercado Eléctrico

Package with 9 Proposals

PropuestasEnergíaLimpia

Funcionamiento del Mercado Eléctrico

Rol del ACER

• Regulation on the Electricity Market Design

• Directive on Common Rules for the Internal Market in Electricity

• Regulation Establishing an Agency for the Cooperation of Energy Regulators

• Regulation on the Governance of the Energy Union

• Directive on the Promotion of the Use of Energy from RES

• Energy Efficiency Directive

• Energy Performance of Buildings Directive

• Risk Preparedness Regulation

• Outcome of Sector Inquiry into Nacional Capacity Mechanisms

Gobernanza

RES

Eficiencia

Seguridad delSuministro

Otras Propuestas

Diseño del Mercado Eléctrico Europeo. WINTER PACKAGE

SERVICIOS DE FLEXIBILIDAD Y BALANCE: REFLEXIONES

FINALES

Valor de la Flexibilidad. La fotovoltaica y la eólica terrestre (en función del recurso), son plenamente competitivas.Otras tecnologías, como la termosolar con almacenamiento e hibridación, de momento algo más caras, tienen la capacidad intrínseca de añadir flexibilidad al sistema, proporcionando más valor a su producción

Principales Mecanismos de Flexibilidad. Además de la flexibilidad de las plantas generadoras:1. la gestión de la demanda2. el almacenamiento y 3. el aumento del tamaño de los sistemas eléctricos mejorando el mallado y la interconexión con otros sistemas

Incertidumbre y decisión de inversión.Enormes incertidumbres, debidas a factores que se realimentan entre sí:evolución de la demanda, aceleración en los cambios tecnológicos, intensidad en la lucha contra el cambioclimático, cambios regulatorios, prioridad de despacho, tratamiento del “curtailment”

… que hacen muy difícil la toma de decisiones de inversión en muchos sistemas

Desarrollo regulatorio. “Winter Package”Su desarrollo legal, su aceptación y trasposición por las autoridades de los EM condicionará el éxito de los objetivos de la UE en este campo, vital para el futuro de los sistemas eléctricos europeos y mercado único de la electricidad

Aspiración a alta penetración de renovables intermitentes.En estos sistemas, la regulación debe proporcionar las señales económicas necesarias para invertir en:1. nueva generación renovable más flexible2. mejoras de la flexibilidad de las plantas existentes y 3. nuevos activos de flexibilidad (almacenamientos, interconectores, infraestrutura de gestión de la demanda) buscando un equilibrio razonable entre costes de mercado y estabilidad en los ingresos de los proyectos

Servicios de Flexibilidad. La necesidad aumenta exponencialmente a partir de un cierto nivel de participación de las renovables intermitentes,como la solar fotovoltaica y la eólica

Alberto R Rocha

ACS Servicios, Comunicaciones y Energía

Director Innovación y Desarrollo de Negocio

arocha@grupocobra.com

World Leaders in infrastructures…