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“La Gestión de las Energías Renovables no Convencionales”
Sinergias entre las Energías Renovables no Convencionales (ERNC) y la Hidroelectricidad, los beneficios de la Integración
Acad. Ing. Oscar Ferreño Coordinador Técnico Internacional de Generación
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La situación de las ERNC en America Latina
• America Latina está comenzando a incursionar en la inserción de ERNC en los sistemas eléctricos.
• Por ahora la inserción ha sido relativamente pequeña, considerándose como apenas marginal, salvo alguna excepción como Uruguay.
• La Gestión de las ERNC se viene realizando aprovechando las sinergias que existen entre estas y la Generación Hidroeléctrica convencional y la utilización de las interconexiones internacionales.
• De hecho, veremos ejemplos claros de como los embalses de las Centrales Hidroeléctricas y las interconexiones internacionales se utilizan como almacenamiento de las ERNC.
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Compatibilidad entre las Energías Renovables no Convencionales y la Energía Hidroeléctrica
• Los fenómenos hidrológicos tienen una frecuencia baja en comparación con los fenómenos eólicos o solares.
• Para establecer la magnitud del recurso de un sistema hidrológico que alimenta centrales hidroeléctricas las normas recomiendan realizar medidas a lo largo de al menos treinta años. Esto es debido a que los fenómenos como crecientes y sequias pueden tener duraciones que a veces superan meses o incluso años.
• Esto hace que las Centrales Hidroeléctricas no sean confiables en el mediano y largo plazo y que la potencia firme que en algunos sistemas se define como aquella que tiene probabilidad de ser superada en el 95% de los casos, sea una pequeña fracción de la producción media.
• Por el contrario, la presencia de diques para formar el salto hidráulico establece embalses que actúan como “tanques de combustible” o “tuberías de gas” que brindan confiabilidad en el corto y mediano plazo, desde horas hasta meses en algunos casos.
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Compatibilidad entre las Energías Renovables no Convencionales y la Energía Hidroeléctrica
• Los fenómenos eólicos o solares tienen una frecuencia alta en comparación con los fenómenos hidrológicos.
• Para establecer la magnitud del recurso de una región que alimenta centrales eólicas o solares, las normas recomiendan realizar medidas a lo largo de al menos un año.
• Esta alta frecuencia hace que por “la ley de grandes números” la energía de un período de tiempo de días o semanas sea muy confiable para el caso de un parque solar o eólico.
• Tal es así que la producción de un parque suele medirse en horas anuales de potencia nominal.
• Sin embargo, la Eólica y la Solar son variables y casi impredecibles en cuestión de fracciones de horas
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Compatibilidad entre las Energías Renovables no Convencionales y la Energía Hidroeléctrica
• Este complemento en el corto y mediano plazo es además del que pueda existir en una región o entre diferentes regiones entre temporadas ventosas y lluviosas, el que hace que la generación hidráulica sea el socio ideal para las ERNC
• Por otra parte la energía hidroeléctrica es la tecnología de generación más versátil en tanto es de parada y arranque rápido, permite brindar todos los servicios que precisa un sistema eléctrico como regular frecuencia, carga y tensión, y es la que por su gestionabilidad en el cortísimo plazo permite acompañar las fluctuaciones de potencia de las ERNC
• Otro socio ideal para las ERNC son las interconexiones eléctricas entre sistemas.
• También las ERNC pueden ser complementarias consigo mismo
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El 63,47 % (equivalente a 2/3 de la producción) ocurre en la noche
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
9%
10%
Energía horaria Parque Eólico período mayo 2009 - abril 2013
HORAS
de 0 a 8 hrs – 37,45 %de 18 a 24 hrs – 26,02 %
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Curva de Carga Horaria Parque solar Distribuido
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0:001:00
2:003:00
4:005:00
6:007:00
8:009:00
10:0011:00
12:0013:00
14:0015:00
16:0017:00
18:0019:00
20:0021:00
22:0023:00
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
Rubio Piedra de AfilarBonete
Compatibilidad entre las Energías Renovables no Convencionales y la Energía Hidroeléctrica
• Esta diferencia de frecuencias que como si el almanaque de unas y otras cambiara a distinta velocidad, hace que exista una complementariedad intrínseca entre parques y represas.
• Esta complementariedad lleva a establecer una Regla de Pulgar (Rule of Thumb) o Regla de Oro que dice que un sistema eléctrico puede soportar sin problemas de gestión tanta potencia eólica como potencia hidráulica tenga instalada. Esto se justifica claramente en la capacidad de la Hidráulica de cubrir las variaciones de la Eólica o de la Solar
• Una regla de pulgar se refiere a una regla sencilla no rigurosa que permite tomar decisiones seguramente acertadas.
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Potencia máx - med - mín de un sistema eléctrico
jul ago sep oct nov dic ene feb mar abr may jun jul
Curva de excedencia de N centrales Térmicas con 90 % de factor de utilización
10
8.75
221.75
434.75
647.75
860.75
1073.75
1286.75
1499.75
1712.75
1925.75
2138.75
2351.75
2564.75
2777.75
2990.75
3203.75
3416.75
3629.75
3842.75
4055.75
4268.75
4481.75
4694.75
4907.75
5120.75
5333.75
5546.75
5759.75
5972.75
6185.75
6398.75
6611.75
6824.75
7037.75
7250.75
7463.75
7676.75
7889.75
8102.75
8315.75
8528.75
8741.750%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Curva de frecuencia de excedencias de Centrales Hidroeléctricas Distribuidas
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Curva de frecuencia de excedencias de Parque Solar Distribuido
12
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Curva de frecuencia de excedencias de Parque Distribuido – Parque concentrado
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0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 87600%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Parque Concentrado Parque Distribuido
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Potencia máx - med - mín / Potencia Eólica
jul ago sep oct nov dic ene feb mar abr may jun jul
El ejemplo de Uruguay
• Uruguay es un claro ejemplo de como se puede gestionar a las ERNC• Con una demanda anual de unos 10,000 GWh tiene 500 MW eólicos
operativos con un factor de capacidad de 40% que hoy representan el 15% de la demanda y tiene otros 1000 en construcción, por que en poco tiempo llegará a un 45 % de participación.
• En horas de la madrugada hoy los 500 MW de eólica alcanzan en ocasiones al 50 % de la demanda, por lo que en un futuro superará a la demanda
• Está utilizando sus centrales hidroeléctricas propias y las centrales compartidas como almacenamiento regulador
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Interconexiones internacionales como almacenamiento de Energía
• Entre los sistemas eléctricos de Uruguay y Argentina hay una interconexión internacional que incluye una Central Hidroeléctrica Binacional.
• Ambos países se reparten en partes iguales la producción de esa central, para Uruguay representa un 30 % de su demanda.
• El embalse de la central puede almacenar 10 días de producción y mediante un sistema de “cotas vistas virtuales” cada país puede utilizar el embalse como un “Almacén de Energía”.
• En los hechos se han almacenados hasta dos días de demanda completa de Uruguay.
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Interconexiones internacionales como almacenamiento de Energía
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Centrales Hidroeléctricas compartidas
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Centrales Hidroeléctricas compartidas
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Centrales Hidroeléctricas compartidas
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Centrales Hidroeléctricas compartidas
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• Algunos países han desarrollado todo su potencial hidroeléctrico y no tienen lugar para nuevas Centrales Hidroeléctricas.
• Por ora parte, las Centrales Hidroeléctricas Convencionales almacenan energía no gastando sus aportes, pero no tiene posibilidades de absorber energía del sistema.
• Surgen entonces las Centrales Reversibles o de acumulación por bombeo.
• Las PSP no son generadores de energía sino que son acumuladores, no tienen valor energético en si mismo, sino es un servicio de optimización y flexibilidad para la operación del sistema
• Deberían acumular energía cuando la potencia de las ERNC superan a la demanda para evitar derrames, y deberían devolver lo acumulado en la primer oportunidad en que la demanda supera a las ERNC.
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Centrales de Bombeo Reversibles o Usinas de Acumulación por Bombeo
El exceso de energía Renovable se debe derramar o vender en mercados interconectados
• El exceso de energía que no puede ser despachado debe ser repuesto con generación térmica.
• Esta tecnología se usó mucho a mediados del siglo pasado para gestionar las centrales térmicas de carbón o las centrales nucleares, tecnologías que no permiten variación de carga.
• Han proliferado en Europa y en Norteamérica, pero prácticamente no existen en Latinoamérica, tal vez por la abundancia de generación hidroeléctrica convencional.
• Estas centrales son de vasos pequeños por lo que no tienen los inconvenientes ambientales de las hidroeléctricas convencionales
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Usina de Acumulación por Bombeo Pump Storage Plant (PSP)
Central Hidroeléctrica Reversible (CHR)
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Central Hidroeléctrica Reversible (CHR)
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Algunos ejemplos de Centrales Hidroeléctricas Reversibles en el mundo
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La Muela
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Turlough Hill
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Turlough Hill
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Vianden
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Vianden
Conclusiones para Latino América
Las Centrales Hidroeléctricas de Bombeo o Reversibles pueden almacenar los vertidos de eólica u otra ERNC durante los valle de la demanda y devolverlos en la primera oportunidad que la demanda supera a la potencia eólica
La Regla de oro sería: “se puede instalar tanta eólica o ERNC como hidráulica haya instalada si dentro de esta hay un porcentaje significativo de la diferencia entre la potencia de ERNC instalada y la potencia mínima del sistema en forma de centrales de bombeo”
Latino América debería comenzar a estudiar esta alternativa de almacenamiento de Energía
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MUCHAS GRACIAS
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