Upload
others
View
15
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
AlmacenamientodeEnergíaParte5.Aplicaciones
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
1
Objetivos• Enestemóduloseexplicanunconjuntodeaplicacionesdelossistemasdealmacenamientodeenergía.
• Seprivilegialaaplicaciónalossistemaseléctricosporserlaenergíaeléctricalaformamásefectivayfácildeusarenergíaenprocesosindustriales,comercialesyanivelresidencial
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
2
TransmisiónversusAlmacenamiento• UnSistemadeTransmisiónproveelaenergíadondesenecesita–latransportaenelespacioNísico
• UnSistemadeAlmacenamientodeEnergíaproveeenergíacuandosenecesita–latrasladaeneltiempo
• Latransmisiónespartedelacadenadevalordelaindustriaeléctrica
• ElAlmacenamientoreciéncomienzaaserconocidoyvalorado
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
3
Contenidos
• Introducción• Aplicaciones
– Arbitrajedeenergía– Servicioscomplementarios
• Reservaengiro• Partidaennegro(PRS)• EDAC–Negativo• Postergacióndeinversiones
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
4
Introducción• Lasredeseléctricas(TxyDx)permitentrasladarlapotencia/energíaeléctricaenelespacioaprovechando– economíadeescaladelafuenteprimaria– diversidaddelascargas
• ElAlmacenamientodeEnergíapermitetrasladarlapotencia/energíaeléctricaeneltiempoparaaprovecharocompensar– Variabilidaddelacarga– Disponibilidadyvariabilidaddelageneración– Costodeoportunidaddelaenergía/potencia
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
5
Introducción• Lassolucionesdealmacenamientodeenergíaofrecenaplicacionesalolargodetodalacadenadevalordelaindustriaeléctrica:– Generación-Mercadomayorista– Arbitrajedeenergía,seguimientodecarga,servicioscomplementarios(SSCC)– Transmisión
• Postergacióndeinversiones,SSCC,seguridad– Distribuciónprimariaysecundaria,
• Postergacióndeinversiones,SSCC,seguridad,recursoenergéticodistribuido
– UsoNinaldelaenergíaeléctrica• Microredes,respaldo,suministroautónomo,SSCC
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
6
SistemadeAlmacenamientodeEnergíaEléctricaIdeal• UnSAEidealparaelSEPdebería:
– Proveerrespaldodinámico(sincronizado)yestáticodepartidarápidaylenta
– Aportaralcontroldefrecuencia– Aportaralcontroldevoltaje– Aportaramejorarlacalidaddelproducto– Reducirloscostosdeoperacióndelsistema– Reducirloscostosdeexpansióndelsistema
• Noexisteunaúnicatecnologíaqueproveatodosestosserviciossinounportafoliodesoluciones
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
7
DosdimensionesdelA.E.PotenciaversusEnergía
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
8
Potencia MW
Tiempo de descarga
Inyección/absorción rápida de energía - segundos a minutos
Inyección/absorción masiva de energía – minutos a horas
AlmacenamientodeEnergía• Laenergíaeléctricasoloesalmacenableencamposeléctricos
(capacitancia)ycamposmagnéticos(inductancia),estosprincipiosyasehandesarrolladoconaplicacionesdepotencia(nodeenergía)
• Otrasopcionesdealmacenamientodeenergíaconsideranalmacenarlaenergíaprimaria,carbón,gas,petróleo,aguaenembalse,etc.
• Tambiénsepuedetransformarlaenergíaeléctricaenotraenergíaparaalmacenarlayeventualmentetrasladarla,enespacioytiempo,dondetengamásvalor.Porejemplodesdeenergíaeléctricaaenergía…– Potencialhidráulicamediantebombeoaguasarriba– Potencialgracitacionalmedianteelevacióndepeso–elevadorcongenerador– Inerciarotacionalmediantemotor–generadoryvolantedeinercia– Térmicamediantecambiosdetemperaturao/ycambiodeestados– GeneracióndeHidrogenomedianteelectrolisis
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
9
AlmacenamientodeE.E.enelSEP
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
10
ES ES
ESES
ES
10aplicacionesdeAESegmento Aplicación DescripciónGeneraciónysistema
1 Serviciosalmercadomayorista
AlmacenamientomasivodeenergíaparaofertasdecapacidadySSCC:CPF,CSF,seguridad
2 Integraciónderenovables
AlmacenamientomasivoparadesplazamientotemporalySSCC
Transmisiónydistribución
3 AlmacenamientoestacionarioenlareddeT&D
MejoramientodelautilizacióndeactivosdeT&D,postergacióndeinversionesenactivosdeT&D
4 AlmacenamientotransportableparaT&D
MejoramientodelautilizacióndeactivosdeT&D,postergacióndeinversionesenactivosdeT&Denmúltiplessitiossegúnserequiera
5 Almacenamientodistribuido(EDR)
Almacenamientocentralizado:conNiabilidad,calidaddeservicios,SSCC GabrielOlguín,Ph.D.—
11
10aplicacionesdeAESegmento Aplicación DescripciónDistribución 6 Sistemasagregados
ESCOSistemasdeAEdistribuidosgestionadoscentralizadamenteparabeneNiciosendistribución
UsuariosNinales
7 CalidaddelapotenciayconNiabilidadenindustriaycomercio
SistemasparaproveercalidaddepotenciayconNiabilidadencomercioeindustria
8 Gestióndedemandaenindustriaycomercio
Sistemasparareducircargosporpotenciayenergíaenindustriaycomercio
9 Gestióndedemandaresidencial
Sistemasparatrasladodecargasahorafueradepunta
10 Respaldocomercialyresidencial
Sistemasderespaldoparapequeñosconsumosdegranvalor GabrielOlguín,Ph.D.—
12ESCO: Energy Service Companies
Generación-MercadoMayorista• Arbitrajedeenergía
– Absorcióndeenergíaabajocosto(fueradepunta)ydespacho/ventaposteriordurantehorasdepuntacuandosuvaloresmayor.
– BeneNicios:• IngresosparaelSistemadeAlmacenamientodeEnergíapordiferencialdeprecio
– Comprayventaapreciospot• Mejorusodeunidadesdebasesubutilizadasdurantehoradevalle• Mejorusodeunidadespordisminucióndeciclosparaseguimientodelacargaysuavizaciónderampas
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
13
Evaluacióneconómicadelarbitraje
14
Supuestos: • 50MW/400MWh 80% Ef. • $ carga: 20USD/MWh • O&M: 1% CAPEX/año • Seguros: 1%CAPEX • Vida Útil: >15 años
Diferencial $ punta - $ fuera de punta en USD/MWh 40 50 60 70 80 90 100
1000
1400
1800
2200
2600
CAPEX USD/kW TIR @80% roundtrip
efficiency
<2%
2-4%
4-6%
8-10%
12-20%
Ref.: Value proposition for Utility-Scale Energy Storage, D.Manz; J. Keller; IEEE 2011
Generación-MercadoMayorista
• CapacidaddeReservaparacontingencias– Comorecursoadicionaleneleventodeunacontingenciadetransmisiónogeneración
– BeneNicios:• RecursodisponibleparaeloperadorindependienteCDECs(ISO)
• Recurso“despachable”paralasuministrarcargasimprevistas-reemplazandoreservaengiro/sincronizada,secundariaypronta
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
15
ReservaenGiro• NTSyCS–Capitulo1Terminología• 77.ReservaenGiro:Margenentrelapotenciadedespachoylapotenciamáximaqueelconjuntodelasunidadesgeneradorassincrónicasenoperaciónpuedenaportarysosteneranteunaumentobruscodelademandaoreducciónbruscadelageneración.LaReservaenGirodelsistemaincluyeelaportequepuedenhacerlosEquiposdeCompensacióndeEnergíaActiva.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
16
Notarespectodelareservaengiro• Elnombre“reservaengiro”hacereferenciaaciertacapacidaddegeneracióndisponibleyderápidore-despachoenmáquinassincronizadasconelobjetolograrbalanceofertademandaycontrolarlafrecuenciadelsistema
• Unnombremásapropiadoaladisponibilidadtecnológicaactualesreservasincronizadaderespuestarápidapuesexistetecnologíascapazdeofrecerelmismoserviciosinestarengiro
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
17
Reservasincronizada/engiro
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
18
G G G
La frecuencia es 50 Hz sólo si Generación es igual a la Demanda Perdidas
Reservasincronizada/engiro
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
19
G G G
La frecuencia es <50 Hz si G<D+Perd, por ejemplo por pérdida de generación.
Reservasincronizada/engiro
G G G
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
20
La reserva sincronizada recupera la frecuencia aportando potencia. También se recurre a los EDAC para recuperar la frecuencia en caso de pérdidas importantes de generación.
Reservasincronizada/engiro
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
21
G G G
La frecuencia es >50 Hz si G>D+Perd, ejemplo pérdida de una carga importante.
Reservasincronizada/engiro
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
22
G G G
La frecuencia se recupera reduciendo generación ERAG
Reservasincronizada/engiro
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
23
El AE puede participar en la recuperación de la frecuencia aportando o absorviendo potencia activa
SAEE
SAEE
G G G
SAEE
G
NTSyCSCap1.-44EDAC• EsquemadeDesconexiónAutomáticadeCarga:Esquemadecontrolque,
aldetectarcondicionesanormalesenelSIqueponenenriesgosuestabilidad,emiteórdenesdedesenganchesobredistintosinterruptoresquealimentanconsumos.
• SedistinguenEDACdeltipo:• porsubfrecuencia:enlosqueeldesengancheeshabilitadoporla
operaciónpreviadeunreledesubfrecuencialocal;• porsubtensión:enlosqueeldesengancheeshabilitadoporlaoperación
previadeunreledesubtensiónlocal;• porDesengancheDirecto:enlosqueelprocesamientodeladecisiónde
desengancheserealizaenunaubicaciónremota,sobrelabasedeladeteccióndeuncambiodeestadoodevariableseléctricasanormales,quepuedenafectarlaSyCSdeunáreadelSI.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
24
Variacionesrápidasdefrecuencia
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
25
Aportes del sistema de almacenamiento
MercadoMayorista
• Partidaautónoma/BlackStart– ComorecursodeapoyoalPlandeRecuperacióndeServicio(PRS)
– BeneNicios:• EstratégicamentedispuestoelSAEpuedeproveerserviciodepartidaautónomaaunaomáscentrales(siemprequeexistalalíneadetransmisiónentreelSAEylacentral)
• Permitiracelerarlarestauracióndelservicio• Respaldoacargascríticasantecatástrofesnaturales
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
26
Partidaautónoma-aportedelA.E.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
27
Energización de La línea de transmisión
Rampa de alivio de carga coordinada con la toma de carga del generador
Energía necesaria para la central
Controldefrecuencia
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
28
Inerciaysuefectoenlaestabilidaddefrecuencia
29
La razón de cambio inicial Hz/MW de la frecuencia es solo función de la inercia del Sistema
Respuesta inercial sistema ERCOT USA pérdida de 2750 MW (60Hz)
ConceptodeInerciacritica
30
La inercia sistémica para la cual la frecuencia desciende activando el EDAC antes que los recursos rápidos respondan y superen la contingencia. 0.4 Hz
0.5 s
Másreserva“inercial”esnecesariaconbajainercia
31
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
50 100 150 200 250 300 350 400
PrimaryFrequencyResponse(MW)
Inertia(GW∙s)
PrimaryFrequencyResponse(MW)
Estudios han mostrado que la reserve necesaria crece a medida que la inercia del Sistema se acerca a la inercia critica
PostergacióndeInversionesenTxAliviodecongestiónenTx
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
32
SAECapacidad de transformación
MW
Dda Max anual
Capacidad de transformación
Cap. Transmisión
PostergacióndeInversionesenDx
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
33
Capacidad de transformación MW
Dda Max anual
SAE
Calidaddelapotencia:Hundimientosdetensión
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
34
Hundimiento de tensión V PC SAE
Otras prestaciones: • Op. en isla • Gestión energética
• Recortar la punta • Tarifa de verano
NTSyCS–RecursosdeControldeContingencias:• RecursosGeneralesdeControldeContingencias:Correspondena:
• a)lainerciapropiadelasmáquinasrotatorias,incluyendovolantes.
• b)elcontrolprimarioysecundariodefrecuencia.• c)lareservadepotenciareactivayelcontroldetensión.• d)losestabilizadoresdesistemasdepotencia.• e)EDAC,elEDAG,elERAG,enlostérminosdeNinidosenelArtículo5-7.
• f)yengeneral,lossistemasqueenfuncióndelaevolucióndevariablesdecontroldelsistemaactúansobrelageneración,lacargaolatopologíadelsistema.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
35
NTSyCSCap.5:ExigenciasEstándaresdeSyC.S.
• Art.5-15EnlasInstalacionesdeClientesseimplementaráelaportealEDACporsub-frecuenciaatravésde:
• a)…• b)…elClientepodrautilizaroacreditarelusodeEquiposdeCompensacióndeEnergíaActivaquepermitanaportarconuntiempoderespuestaequivalente,ysostenerduranteeltiempoquerequieralaDO,unapotenciaalmenosequivalentealadesconexióndeconsumoqueleasignaelEstudiodeEDACenelrespectivoescalóndesubfrecuencia.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
36
NTSyCSCap.5:ExigenciasEstándaresdeSyC.S.• Artículo5-16• TantolosClientesReguladoscomolosLibresseránresponsablesdeinstalar,administraryoperarlosequipamientosnecesariosparacumplirconlosporcentajesdeparticipaciónenelEDACporsubtensiónquedeNinalaDOsegúnelArticulo5-12.
• Noobstante,losCoordinadospodránconvenircontercerosquedesconectenunacargaequivalenteparadarcumplimientoaestaobligación,siemprequesedemuestrealaDOquelosefectosdeestadesconexiónresultanequivalentes.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
37
ServiciosComplementariosD.S.130Art33• Artículo31.-Losusuarios,seanéstosdistribuidorasoclientesnosometidosa
regulacióndeprecios,queprestenserviciosdedesprendimientoautomáticodecargaporsubfrecuencia,subtensiónoporcontingenciaespecíHica,asıcomoserviciosdedesprendimientomanualdecarga,recibiránunaremuneraciónporlaprestacióndedichosservicioscomplementariossólounavezsuperadoelnúmerodedesconexionesy/otiempodeduraciónacumuladoquelaNTSyCSdeHina,norecibiendoremuneraciónalgunaporlaprestacióndetalesserviciosmientrasnosesuperenlosrequerimientosestablecidosenlareferidanorma.Enelcasoquelaprestacióndedichosserviciossearealizadapordistribuidoras,éstasdeberántraspasaríntegramenteelvalordelaremuneraciónalosclientesNinalesqueresultarondesconectadosporlaaplicacióndelosreferidosservicios.ElvalordelaremuneraciónindicadaenelincisoanteriorequivaldraalcostodefalladecortaduracióndeNinidoenlaNTSyCS,porcadakilowattdesconectadoqueestuvierenconsumiendoalmomentodeladesconexión,segúnlodetermineelCDECatravésdelaDOenbasealamediciónquerealice,porladuracióndelevento,expresadaenhoras.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
38
ServiciosComplementariosD.S.130Art33
• Articulo33.-Losclientesnosometidosaregulacióndepreciospodránacordarlasustitucióndesusaportesdedesprendimientosautomáticosdecargaporsub-frecuenciaosub-tensión,establecidasporelCDECatravésdelaDO,conlosotrosclientesnosometidosaregulacióndeprecios.CorresponderáalaDOaprobarorechazarlasustitucióndelosaportes,enatenciónalafactibilidadtécnicaycumplimientodelasexigenciasdecalidadestablecidasenlaNTSyCS.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
39
BeneHicio T.
ConsumoHinal10sdekW
DistribuciónyTransmisión
100skWa10sMW
GeneneracióneISOs100sdeMW
Altovalordela
energíaalmacenada
$/kW
h
Energía$/Kwh
Horas
Potencia$/Kw
Minutos
Altovalordelapotencia
$/kW
Fiabilidad$/kW
Segundos
Operación$/KVAr&$/Kw
Calidaddelproducto
Recursosenergéticosdistribuidos Servicios
Complementarios
Capacidad,potenciaNirme
Arbitrajedeenergía
Gestiónenergética
Postergacióndeinversionesen
activosdeTxyDx
Fiabilidad
integraciónde
ERNC
SuavizacióndeERNC
SoportealSistemadetransmisión
BeneNiciosdelAlmacenamientodeEnergíaEléctrica
OfertatecnológicayaplicacionesUPSyCalidaddelapotencia
SoporteydesplazamientodecargaenT&D
Gestiónenergéticamayorista(masiva)
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
41
Centraldebombeo
BateríasdeIon-Li
AirecomprimidoCAES
BateríasdeNlujo:Zn-Cl;Zn-Air;Zn-Br;
Súper-capacitores
Bateríasdeplomoácido
VolantesdeinerciaFES
Segu
ndos
M
inut
os
Hor
as
BateríasdeNaS
1kW 10kW 100kW 1MW 10MW 100MW 1GW
DesempeñodeunSAEE• Energíaypotencia:MW&MWh• Densidad:Kwh/m3• Ciclosdecargadecarga• Profundidaddedescarga• Velocidaddecargaydescarga(rampas)• ENicienciadeciclocompleto• Manejoambiental
– InNlamabilidad– Manejodesustanciaspeligrosas– Aceptaciónsocial
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
42
SAEE
Requerimientodedesempeño
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
43
Segmento Descripción Tamaño Duración Ciclos Vida-años
Mercadomayorista
Arbitraje 10-300MW 2-10hr 300-400/años 15-20
SSCC varios varios varios varios
Reg.frecuencia 1-100MW 15min >8000/año 15
R.sincronizada 10-100 1-5hr 20
Integracióndeenergíasvariables:solarfvyeólica
Eólica:soportedevoltajeycontrolderampasdevariación
1-10Dx100-400central
15min 5000/año10000
20
Eólica:AEfueradepunta
100–400MW 5–10hr 300-500/año 20
PV:desplazamientotemporal,sags,soporterápido
1-2MW 15min–4hr >4000 15
RequerimientodedesempeñoSegmento Descripción Tamaño Duración Ciclos/año Vida-
años
ApoyoestacionarioT&D
PostergacióndeactivosdeT&Durbanayrural.GestióndecongestiónISO
10-100MW
2-6hr 300-500/año
15-20
SoporteT&Dmóvil
Ídem 1–10MW 2-6hr ídem ídem
DESS-AEdistribuido
EnelladodelaDx,mejoradelaeNicienciadelaDx
25–75kW 2-4hr 100-150 10-15
CalidaddelapotenciaenCeInd.
SoluciónaSagseinterrupcionesdecortaduración
25–1000kW
<15min <50 10
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
44
RequerimientodedesempeñoSegmento Descripción Tamaño Duración Ciclos Vida
años
ConNiabilidaddecargasIndyC.
Respaldorápidoacargassensibles
50–1000kW 4–10hr <50año 10
GestiónenergéticaenCeInd.
Reduccióndecostosporenergíaypotencia
50-1000kW 3-4hr 400-1500año 15
1MW
GestiónEdomiciliaria
ENicienciaymenorescostos
2-5kW 2-4hr 150-400año 10-15años
Respaldoresidencial
Niabilidad 2-5kW 2-4hr 150-400año 10-15años
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
45
Aplicacionesfuturas• Mayorvolatilidadenpreciosspot:
– Lasenergíasvariablesaumentaranlavolatilidaddelospreciosspots(preciosnulosonegativosenciertashorasdeabundanciadelrecurso)
• Integraciónderenovables– Variosestudiosmuestranlanecesidaddeaumentarreservascuandoelniveldeintegraciónsuperael20%
• Penetracióndefotovoltaicaendistribución:– SeanticipandesaNíosdeoperaciónparagestionarlageneracióndistribuida.SAEpuedenproveersoportedevoltaje,gestionarintermitencia,etc.
• GestióndelaDemanda:– LaintroduccióndepagosporcargasgestionablespuedeabrirnuevosmercadosparalosSAE.Consumidorespodránvendercargadesprendibleyrespaldarlalocalmente.
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
46
Referencias• Laprincipalreferenciadeestemóduloeseldocumento:• Whitepaper“ElectricityEnergyStorageTechnologyOptions:Awhitepaperprimeronaplication,costsandbeneNits”EPRI1020676;December2010
• DOE/EPRI2013ElectricityStorageHandbookinCollaborationwithNRECA(SAND2013-5131)
GabrielOlguín,Ph.D.—[email protected]
47