"Sistemas energeticos del futuro" Eon España
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El documento describe los sistemas energéticos del futuro, incluyendo redes inteligentes, generación distribuida y movilidad eléctrica. Discuten los desafíos tecnológicos de integrar energías renovables intermitentes y la generación distribuida, y la necesidad de hacer las redes más flexibles e inteligentes.
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- 1. Sistemas Energéticos del Futuro Generación Distribuida, Redes Inteligentes y Movilidad Eléctrica Agosto 2011
- 4. Nuevas tecnologías que mejoran la relación con el cliente Generación Distribuida Centro de Control Medida Inteligente Vehículo Eléctrico Gestión del Consumo Micro Generación Red Inteligente
- 5. La política energética está modificando cómo y dónde se produce la energía Un considerable cambio en las fuentes de generación … y en el punto de acceso a la red conexión Nuevas renovables Alta Tensión Nuevas renovables distribuidas Generación de pequeña escala Proyectos en comunidades Balance Eléctrico Nacional (GWh) Fuente: Plan de Acción Nacional de Energías Renovables
- 10. ¿Cómo vemos en E.ON la Smart Grid? Excelencia en la Distribución Nueva red eléctrica activa Cliente energético interactivos Generación distribuida gestionable Disponibilidad de almacenamiento energético Operación eficiente de la red Conocimiento detallado del flujo de energía en la red Red de distribución flexible Clientes activos Gestión de la demanda
- 14. Esquema tecnológico El contador deja de ser un “medidor” de energía para convertirse en nodo de comunicaciones GPRS LAN Dispositivos móviles Área técnica Ficheros XML Operadores sistema AMMS Entrada datos Sistema AMM BD Medida Work orders Medidas Validación de datos Reglas de negocio Motor generación órdenes Onebridge Gestión ATR Connect Direct Oracle Ejecutores locales GPRS GSM GRPS Gestión de datos de red Concentrador BT
- 19. Electric mobility is (the) future Potentials of the battery in the future energy management CO 2 reduction goals in the transport sector „ Sustainable City“- policies (toll, environmental areas) Daily Use Range
- 21. E-Vehicle daily use 50 km 0 km 0% 20% 40% 60% 80% 100% 100 km Secondary car Source: DIW, McKinsey 80% max. 70 km 50% max. 40 km Km./Day 50% journeys less than 40 km. !!! Main car
- 23. Integration of Renewable: Spanish case Source: REE E-Car Charge
- 24. Intelligent charging: Key issue for E-Mobility development Integration of Renewable Energy Network stability Smart Grid Vehicle-to-Grid P Charging Control
- 25. Charging is parking – unless real fast charging becomes reality 0 30 60 90 120 150 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Charging capacity [kW] Charging time [min] Household charges (~ 3 kW) Three-phase current charge (~ 10 kW) Improved charging infrastructure ~ 40 kW fast charge 3-4min /40km
- 27. What will be the impact on power systems? Impact on electricity consumption by electric vehicles (Germany) 1 Million of E-Vehicles only have a 0.5% impact in Power Demand (Germany) *German Net Demand in 2008: 539 TWh 2020 Market penetration Full electrification # E-Vehicles 1 Mio. 8,5 Mio. 41,7 Mio. % Total Vehicles 2,4% 20,4% 100% Km / Vehicle / Yr. 11.500 11.500 15.000 Consumption / 100 km. 20 kWh 20 kWh 20 kWh Total Consumption 2,3 TWh 19,5 TWh 125 TWh Impact on Power System Consumption 0,42% 3,6% 23,1%
- 30. Impactos de las renovables en la red de distribución Small generators control needed (LV control room) Renewable generation Control Room Reactive power dynamic control Better generation forecasts systems needed Automatic curtailment schemes Better information for network operation needed Improve protection systems Higher coordination / resources needed to meet new connection requirements Voltage control issues Intermittent renewables deployment level Impacts/Needs on DSO networks Renewables are here now and not something that will happen in the future Integrating renewables is the main network development driver Renewables are not a big issue. Massive deployment will be realized in the future Low renewable capacity / peak demand ratio Existing infrastructure is enough to export energy REN Capacity / peak demand ratio quickly increasing New infrastructure needed to export energy Local REN Capacity / peak demand ratio > 1 Exporting energy has drastically modified infrastructure Upcoming increase in wind power needs control systems at MV-level Sweden UK Spain CE
- 31. Ejemplo del impacto sobre la red de la generación eólica 17 MW 12 MW 90 MW G MAZUELAS Red de Transporte 18 MW 20 MW 37 MW 23 MW 40 MW MATAPORQUERA 138.7 KV 139.0 KV OSORNO 136.2 KV Flujo de potencia por el transformador y las líneas desde el acceso a la red de transporte hacia las subestaciones de distribución (consumos) Inversión de flujos de potencia por el transformador y las líneas hacia el acceso a la red de transporte Generación eólica parada: Inyección de potencia desde la red de transporte Generación eólica produciendo: Evacuación de potencia hacia la red de transporte Variaciones de tensión en las subestaciones de distribución (+1.25% aprox.) G 220 kV 132 kV Parque eólico Consumo distribución 0 MW G MATAPORQUERA MAZUELAS OSORNO Red de Transporte 20 MW 12 MW 18 MW 50 MW 13 MW 137.3 KV 137.9 KV 134.5 KV
- 32. Herramientas que favorecerán la integración de renovables Individual solution for Regional Units due to particular characteristics AVC at MV/LV Stations Present Near Future Far future AVC at MV or LV branches AVC at customer connections Reactive power compensation Incentive / Penalty system Generator’s reactive power control system steered by DSO Generators at cos phi=1. Reactive power control by DSO Storage Dynamic Line Rating Load Management Multi-party agreement Individual answer Organized by independent third party Appropriate or desirable solution for almost all Regional Units Tool / technology Impact on Network Voltage control Reactive power control Overload Connection request
- 37. Automatización y Telecontrol: ejemplo línea mallada SUBESTACIÓN A PSA PSB PM PF TC TC TC PM SUBESTACIÓN B PF – Punto frontera PM – Punto primera maniobra PSA – Punto segunda maniobra A PSB – Punto segunda maniobra B TC Telecontrol Interruptor Seccionador Centro transformación
- 38. Automatización y Telecontrol: ejemplo línea radial PM – Punto primera maniobra PSA – Punto segunda maniobra A PSB – Punto segunda maniobra B TC Telecontrol Interruptor Seccionador Centro transformación SUBESTACIÓN PSA PSB PM TC
- 40. Realizing the Smart Grid Vision Costumers are changing how they use energy – e.g. E-mobility, home generation and energy management Energy sources are changing – integration of more renewable sources in the energy network New grid technology – embedded in the energy system Automation & Integration – the advanced energy system integrates sustainable energy seamlessly and conveniently into everyday life 2030
- 41. Muchas gracias
Hinweis der Redaktion
- New services, products or technologies require infrastructure capable of supporting their full potential. In places the current European network infrastructure is already 50 to 60, and will almost certainly be a hindrance to achieving European climate targets. Substantial investment is needed to prepare the energy networks for the 21st century: Traditionally when reinforcing networks, new copper and aluminium lines were the only option available to us. Today in many cases this is still a sensible solution, however combined with new information technology and grid management techniques. This can minimise unnecessary investment and allows more efficient management of the energy network. Intelligent networks or Smart Grids enable widespread development of renewable generation sources, increased customer demand from electric vehicles and heating and facilitates the active participation of customers in the energy market.
- The smart grid combines two distinct areas. Smarter energy network operations, making the network more efficient via a better understanding and control over the infrastructure The availability of flexible network management tools, such as storage. This will allow the optimisation of the energy networks at a regional level, preventing the compounding of problems across the country.
- ¿Y cómo vemos en E.ON el desarrollo del concepto de Movilidad Eléctrica durante los próximos años? Para nosotros, la movilidad eléctrica ha de pasar, al igual que otras tecnologías como la telefonía móvil, por diversas etapas en su desarrollo. En primer lugar , y es donde nos encontramos en este momento, la movilidad eléctrica debe pasar por una primera fase de Testing o Proyectos Piloto : Esto nos permitirá acumular experiencias e identificar las mejores soluciones para su implementación. Aunque también existe una demanda de usuarios en esta fase, la de aquellos pioneros o precursores de la movilidad eléctrica. En segundo lugar , una fase de desarrollo de los primeros modelos comerciales. A principios del año 2011 esperamos se pongan en marcha las primeras grandes estructuras comerciales enfocadas en el vehículo eléctrico y veremos las primeras flotas de vehículos eléctricos en nuestras carreteras. En una tercera etapa , a partir del año 2020, consideramos que el mercado alcanzará la madurez suficiente para ver posible el desarrollo a gran escala del vehículo eléctrico, compitiendo con los vehículos de combustión interna. Consideramos que a partir de este año, veremos más de 6 millones de vehículos eléctricos en circulación en Europa.
- ¿Por qué consideramos que esta vez el vehículo eléctrico va a tener éxito? No solamente porque el desarrollo tecnológico ha permitido mejorar las prestaciones de los vehículos eléctricos, sino porque hay cuatro motivos diferenciadores: - En primer lugar , el Vehículo eléctrico contribuirá de forma decisiva a la consecución de los objetivos de reducción de emisiones de CO2 por parte del sector transporte. - En segundo lugar , porque las políticas para el desarrollo de Ciudades Sostenibles están introduciendo medidas medioambientales que penalizan el uso de motores de combustión y priman la utilización de vehículos poco contaminantes. Por ejemplo, el peaje para entrar en la ciudad de Londres, del cual están exentos los vehículos eléctricos. - En tercer lugar , el desarrollo del vehículo eléctrico cuya autonomía con la tecnología actual está en el rango de los 100-150 km. Esto permite su utilización en la mayor parte de los desplazamientos urbanos, de una forma más eficiente y económica. - En cuarto lugar , la integración de las energías renovables en el mix de generación, ofrecerá en el futuro próximo la oportunidad de utilizar las baterías de los vehículos para acumular energía permitiendo gestionar de forma más eficiente los sistemas eléctricos.
- ¿Cómo va a ayudarnos el Vehículo Eléctrico a reducir nuestras emisiones de gases de efecto invernadero? Aquí, en primer lugar, tenemos que hacer una primera consideración: Aunque el Vehículo eléctrico no emite CO2 de forma directa, sí lo emite la generación eléctrica asociada. Es por tanto fundamental considerar las emisiones globales de CO2 resultantes del mix de generación para conocer las emisiones reales de un vehículo eléctrico. Así, en la pantalla pueden ver las emisiones promedio de un vehículo con motor de combustión (alrededor de 150 gramos por kilómetro) comparado con las emisiones que, con el actual mix de generación, tendríamos en cada país para permitir a un vehículo eléctrico recorrer un kilómetro. En países como España, que han apostado por las energías renovables y la eficiencia en las centrales de generación térmicas, es posible reducir a la mitad las emisiones de CO2 de los vehículos con un adecuado mix de generación. Tambien hay que tener en cuenta que en aquellos países en los que los combustibles fósiles tienen un papel predominante (como el caso de Polonia), incrementar el número de vehículos eléctricos significar í a un incremento de las emisiones totales de CO2
- Un aspecto clave, y que históricamente se ha considerado como una barrera al desarrollo de la movilidad eléctrica es la autonomía de los vehículos. En E.ON comenzamos el desarrollo del concepto de movilidad eléctrica planteándonos diversos estudios tanto internos como en colaboración con organismos (como el Instituto Alemán de Desarrollo de la Energía) analizando los hábitos de transporte y utilización de los vehículos. Así, nos encontramos con que la mitad de los trayectos son inferiores a 40 km diarios. Y un 80% son inferiores a 70 km. Estos recorridos pueden ser realizados con la autonomía de un vehículo eléctrico. Es más, tomando 150 km. como autonomía media con la tecnología actual, vemos como el 95% de los desplazamientos diarios están por debajo de esta cifra. El coste de la recarga de un vehículo eléctrico para realizar este recorrido se sitúa alrededor de los 2 euros. Podemos hacernos una idea de la competitividad del vehículo eléctrico en trayectos urbanos en relación al uso de combustibles fósiles.
- Así, como consecuencia del anterior análisis, consideramos que existen actualmente tres nichos del mercado que supondrán el punto inicial de entrada de la movilidad eléctrica previo a su implantación masiva: - Segundos Vehículos , que son utilizados generalmente para trayectos cortos o urbanos. - Vehículos para „commuting“, esto es trayectos diarios al trabajo. - Vehículos de flota , como los citados vehículos de mantenimiento utilizados por E.ON en España, que permiten conocer de antemano el recorrido y horarios, permitiendo realizar una planificación de la recarga.
- En España, la curva de la demanda presenta un perfil llamado de „ joroba de camello“, con un pico de demanda por la mañana, un segundo pico de demanda por la tarde y un valle en la madrugada. En estas horas valle de inferior demanda eléctrica la aportación de las energías renovables puede ser elevada en relación al total (el viento no se puede gestionar fácilmente). Por ejemplo, este año la generación eólica en determinadas horas ha superado el 50% de la aportación al mix de generación. Yo hablaría aquí de los cortes a los parque eólicos por falta de demanda ¿Qué hacer con toda esta energía generada en horas de baja demanda? Necesitamos sistemas que permitan el almacenamiento de energía y el vehículo eléctrico es una oportunidad para mejorar la eficiencia del sistema eléctrico si se gestiona de forma adecuada su demanda eléctrica.
- Por tanto, una de las claves para la integración de las energías renovables, es la introducción de sistemas de gestión de la recarga que se integren en las futuras redes inteligentes de distribución eléctrica. Son las llamadas smart grids. Las redes eléctricas actuales están diseñadas para permitir el flujo de energía desde las centrales a los consumidores. Pero el desarrollo de nuevas tecnologías de recarga “inteligente” permitirán utilizar la carga almacenada en las baterías durante las horas de mayor demanda, y por tanto contribuir a la estabilidad de la red.
- Uno de los elementos claves en el desarrollo del vehículo eléctrico es la elección de los mecanismos de recarga. Anteriormente, hemos visto que el 50% de los trayectos son inferiores a 40 km. Sobre esta premisa, una recarga en un enchufe doméstico para un recorrido de 40 km. tardaría dos horas y media. En caso de disponer de trifásica en nuestro hogar, el tiempo de recarga sería inferior a una hora y utilizando postes de recarga avanzados, un cuarto de hora. El desarrollo de nuevos sistemas de recarga rápida, junto con el desarrollo de baterías que permitan estas recargas, permitirían incluso recargas rápidas en 3-4 minutos. ¿Realmente son necesarios estos sistemas? Consideramos que no. Un vehículo eléctrico cuya función principal sea la de segundo vehículo no precisará de sistemas de recarga de alta potencia, y alto coste de instalación. Será suficiente con gestionar de forma adecuada la recarga. Así pues, la recarga tipo doméstico ha demostrado ser el sistema de recarga más eficiente. La reciente adaptación normativa que permite llevar “enchufes” hasta nuestras plazas de garaje debe contar con el apoyo suficiente para permitir la recarga nocturna del vehículo eléctrico.
- Es posible por tanto identificar tres patrones de comportamiento que determinarán el éxito de la integración del vehículo eléctrico en las redes eléctricas: - En un primera fase de implantación del vehículo eléctrico, el conductor realiza cargas aleatorias , al llegar a su casa si no tiene batería o al aparcar junto a los puntos de recarga que se comienzan a ver por las ciudades. Este comportamiento no permite una gestión eficaz de la demanda de la red. - En una segunda fase , consideramos que el conductor realizará recargas “controladas” , una vez se consolide el desarrollo de incentivos para la gestión “inteligente” de la carga. Para ello es necesario impulsar por parte de las Administraciones un adecuado sistema de tarifas de acceso e incentivos y por parte de las empresas productos comerciales atractivos. - En el futuro, la utilización del vehículo eléctrico como almacén de energía permitirá su completa integración en la red eléctrica.
- Otro aspecto importante al integrar el vehículo en los actuales sistemas eléctricos es conocer cuál va a ser su impacto. Dado que los diversos agentes del sector nos preguntan frecuentemente si será necesario construir nuevas centrales eléctricas para dar cobertura a la demanda del vehículo eléctrico hemos analizado el impacto del vehículo eléctrico en los sistemas eléctricos de Alemania. Como pueden ver, en el caso alemán, la introducción de un millón de vehículos eléctricos supondría únicamente un incremento del 0.5% en la demanda Es más, en un escenario de alta penetración en el mercado, dentro de 20 años, con un parque de vehículos superior a 8 millones, la capacidad de generación actual sería suficiente para dar cobertura a esta demanda. En España , las medidas de eficiencia energética puestas en marcha actualmente, supondrán un ahorro energético superior al posible incremento de demanda de un millón de vehículos eléctricos que se han previsto en los próximos años. Este hecho, unido al desarrollo planificado de energías renovables para alcanzar los objetivos 20-20-20 nos permiten asegurar que el incremento de demanda, será cubierto, en términos netos, por el incremento de la aportación de las energías renovables.
- The smart grid is a selection of future focused technologies to overcome a range of challenges we face as we move towards a new sustainable energy future. The smart grid is not a single ”one size fits all” solution, it needs to be tailored to the characteristics and needs of different regions. In many instances this technology exists or is already well developed. The successful smart grid integrates these technologies and provides flexibility for the future.