15 marzo 2010

La elevación de agua como método para apoyar la integración de la energía eólica en las redes de distribución


La mayoría de los países desarrollados están haciendo denodados esfuerzos para producir energía eólica en cuotas cada vez mayores. La dependencia de los hidrocarburos disminuye y lo que es mejor, se está invirtiendo en una tecnología de futuro que durante muchos años proporcionará energía de forma gratuita. España, con más de 13.800 MW de energía eólica ya instalada es el país del mundo donde este método de generación está más implantado. De hecho, aproximadamente el 10 % de la producción de electricidad en el país se obtiene a partir de la energía eólica.
La energía eólica ofrece importantes beneficios financieros, pero también supone la aparición de nuevos desafíos. El más importante es que la energía eléctrica generada a partir de fuentes eólicas no se puede almacenar, y ello supone que en los periodos de viento más intenso se produzca energía que no puede ser absorbida por las redes de distribución, y por lo tanto se pierde un recurso valioso.
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Hay varias tecnologías para superar este problema, y en España se ha comenzado a utilizar recientemente el bombeo de agua para su almacenaje. Ya que la energía hidroeléctrica es muy flexible, la disponibilidad de agua proporciona un recurso importante para iniciar o parar la producción de energía con rapidez. Iberdrola construye en España una planta de 852 MW en La Muela 2. El objetivo es probar esta tecnología y construir tres plantas adicionales de almacenamiento cuya capacidad total instalada sería 1.640 MW.
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Equilibrio en la red .
En el largo plazo, el desafío de la energía eólica se debe a que hay periodos durante los cuales la mayor demanda se produce cuando la capacidad de generación eólica es más baja (en España esto sucede los días de mayor calor en verano). La electricidad eólica no está disponible precisamente en los periodos en los que más se necesita, y ello supone que sea necesario disponer de más capacidad de generación de la que realmente se necesita. A escala de España, con un 10 % de producción eólica estamos hablando de cifras económicas realmente asombrosas las que se generan por esta falta de disponibilidad de energía eólica en los días que más se necesita.
La planta de La Muela es el esquema de hidro bombeo más grande de Europa, y su función será fortalecer la red en Valencia (España).
Debido a la diferencia en demanda entre los días laborales y los festivos, cada compañía de generación produce siguiendo un esquema semanal con tiempos de arranque y paradas en sus plantas. Las plantas nucleares y térmicas tienen un elevado coste asociado a las paradas y arranques, así que la flexibilidad del sistema puede conseguirse mediante las plantas hidroeléctricas. Pero muchas plantas hidroeléctricas no pueden trabajar en verano como consecuencia de la escasez de agua, así que el bombeo de agua se convierte en una opción muy útil para dar flexibilidad al sistema, y a la vez se evita la necesidad de incrementar la capacidad de generación para satisfacer los picos en la demanda.
Debido a la variabilidad en el viento, con una capacidad de generación eólica de 13.836 MW como la instalada en España, el nivel de incertidumbre en el horizonte de una semana es de ± 3.460 MW. Para absorber esta incertidumbre se necesitan hasta nueve plantas de ciclo combinado con capacidades de 400 MW.
Para resolver estos desequilibrios existen dos soluciones:
  • Un sistema de reserva secundario, en el que las plantas de generación ofrecen un rango para incrementar y/o disminuir la generación.
  • Un mecanismo de reserva terciario, que consiste en el arranque/parada de una serie de plantas que reciben remuneración por variar la carga en un marco temporal máximo de diez minutos.
El papel de las plantas hidroeléctricas
La variabilidad en la generación se compensa integrando diferentes tecnologías, y las plantas hidroeléctricas tienen varias ventajas cuando se consideran todos los factores relacionados con la generación. En primer lugar, es la tecnología más flexible en cuanto a arranque/parada sin efectos significativos en la vida útil de los equipos. En segundo lugar, la velocidad de variación de la carga es alta. Por ejemplo, es posible variar la salida de energía en un 100 % por minuto. En tercer lugar, la carga mínima es baja, a menudo menos del 10 % de la capacidad nominal.
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Adicionalmente, el coste de combustible es cero y no produce emisiones de gases de efecto invernadero. .
Las estaciones de almacenamiento bombeado tienen las mismas características que las plantas hidroeléctricas convencionales pero el agua se obtiene mediante bombeo desde un nivel inferior. El coste del proceso es el precio de la electricidad dividido por la eficiencia del ciclo (típicamente alrededor del 75 %)
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Otras opciones para equilibrar la red .
La tecnología de turbinas de gas en ciclo simple abierto aporta también flexibilidad cuando son necesarias paradas y arranques continuos. Permite una variación en la generación relativamente rápida, con cambios de velocidad de alrededor del 4 % por minuto. Por el contrario, la capacidad de regulación está limitada al 40 % de la capacidad nominal.
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Bibliografía: Pump up the volumen using hydro storage to support wind integration. Renewable Energy World Magazine September – October 2009. .
Palabras clave: Pumped hydro scheme, open simple cycle gas turbine technology
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