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GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD CON ENERGÍAS HIDRÁULICA Y EÓLICA Colegio de Físicos 9 de mayo de 2008 Emilio Menéndez Pérez Dr. Ingeniero de Minas Profesor.

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1 GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD CON ENERGÍAS HIDRÁULICA Y EÓLICA Colegio de Físicos 9 de mayo de 2008 Emilio Menéndez Pérez Dr. Ingeniero de Minas Profesor Honorario UAM y UPM

2 VEGETACIÓN; una parte es la BIOMASA VEGETACIÓN; una parte es la BIOMASA MOVIMIENTO DEL AGUA; una pequeña parte: E. HIDRÁULICA MOVIMIENTO DEL AGUA; una pequeña parte: E. HIDRÁULICA VIENTOS; Sólo una parte muy pequeña: ENERGÍA EÓLICA VIENTOS; Sólo una parte muy pequeña: ENERGÍA EÓLICA RADIACIÓN SOLAR; Energía para todos; ENERGÍA SOLAR RADIACIÓN SOLAR; Energía para todos; ENERGÍA SOLAR El SOL nos envía un volumen de energía cuatro órdenes de magnitud por encima del nivel que corresponde a nuestro consumo actual SOL Se manifiesta en cuatro formas de energía Temas significativos: Biocarburantes de segunda generación. Agro energía sostenible Gestión de la red eléctrica con alta penetración de electricidad de origen eólico. Almacenamiento por bombeo hidráulico. Ruptura tecnológica en fotovoltaicva. Reducción de inversión Temas significativos: Biocarburantes de segunda generación. Agro energía sostenible Gestión de la red eléctrica con alta penetración de electricidad de origen eólico. Almacenamiento por bombeo hidráulico. Ruptura tecnológica en fotovoltaicva. Reducción de inversión

3 10% 20% 30% Suecia.- Energía hidráulica Finlandia.- Biomasa Austria.- Biomasa e hidráulica España.- Biomasa, hidráulica y eólica El consumo de energía crece más que las EE.RR. España.- Biomasa, hidráulica y eólica El consumo de energía crece más que las EE.RR. Dinamarca.- Biomasa y eólica Francia.- Biomasa e hidráulica Italia.- Geotérmica, biomasa e hidráulica Alemania.- Biomasa, eólica e hidráulica Reino Unido.- Biomasa Participación de las Energías Renovables en el abastecimiento de Energía Primaria Media de la Unión Europea: 6,4% Se pretende llegar al 12% en el año 2010 En el 2020 elevarlo al 20% En el año 2005: + Biomasa.- 66,1% del total + Hidráulica.- 22,2% + Geotérmica.- 5,5% + Eólica.- 5,50% + Solar.- 0,7% 6,4%

4 ASPECTOS TÉCNICOS: Transformación de la energía cinética del agua o del viento + E = ½ m V Utilización de turbinas que recogen esta energía + Hidráulicas: elevado rendimiento, por encima de 90% + Eólicas: bajo rendimiento, por debajo del 50% Los diseños hidráulicos permiten almacenar energía, agua La energía eólica no se almacena 2

5 ENERGÍA HIDRÁULICA: La energía cinética se valora como la transformación de la energía potencial de la masa de agua a una determinada altura geométrica: + E = ½ m V equivale a E= mgh Los diseños pueden ser de diverso tipo: + Canal paralelo al río + Presas de diferente volumen Las turbinas hidráulicas son de diferente diseño según sea la relación entre altura geométrica y caudal 2

6 E = m.g.h; q.t.g.h E = 1/2 m. V P (kW) = q ( m /s).g.h (m) 2 h h Q Qe Qe : caudal ecológico P1P1 P2P2 Bombeo 3

7 Solución Macro a b c La solución macro almacena más energía, genera más electricidad y reporta más beneficios económicos empresariales. Pero desplaza personas, distorsiona el entorno y a la larga da menos beneficios al conjunto de la Comunidad. Es necesario analizar el proyecto hidráulico en su conjunto de aspectos sociales, ambientales y energéticos. Puede que una serie de pequeñas represas, que mantienen la vida en su entorno sea más viable a largo plazo que una macro instalación que obliga a desplazamientos humanos.

8 Altura geométrica m Caudal: m /s Pelton Francis Kaplan Bulbo 20 MW 1 MW P : Q. g. h

9 Africa Subsahariana: Recurso amplios, sin infraestructuras de transporte y distribución eléctrica. Interés europeo para llevar electricidad al Mediterráneo Africa Subsahariana: Recurso amplios, sin infraestructuras de transporte y distribución eléctrica. Interés europeo para llevar electricidad al Mediterráneo Rusia: Elevados recursos en áreas poco pobladas. Mirada al mercado europeo. Rusia: Elevados recursos en áreas poco pobladas. Mirada al mercado europeo. Europa: Recursos bajos, ya aprovechados. Europa: Recursos bajos, ya aprovechados. América del Norte: Grandes recursos y mercado futuro. América del Norte: Grandes recursos y mercado futuro. América Latina: Recursos de tipo medio, afectados por el efecto de El Niño Existe demanda y unas ciertas infraestructuras América Latina: Recursos de tipo medio, afectados por el efecto de El Niño Existe demanda y unas ciertas infraestructuras China e India: Amplios recursos, en buena parte en áreas muy pobladas. Necesidad de energía y planes de obtenerla con grandes presas. Problemas sociales y ambientales. China e India: Amplios recursos, en buena parte en áreas muy pobladas. Necesidad de energía y planes de obtenerla con grandes presas. Problemas sociales y ambientales.

10 Presa del embalse de Entrepeñas, Guadalajara.- Diciembre de 2007

11 ENERGÍA EÓLICA. ASPECTOS BÁSICOS: Energía disponible en función de la velocidad al cubo + E = ½ m. V E = ½ A.V. V = ½ A V + Límites de eficiencia. Parámetro de Benz Aerogenerador de eje horizontal. Tripala + Incremento progresivo de potencia unitaria: 3 MW Parques eólicos en tierra. Montañas y zonas llanas + Un año de medidas de recurso eólico + Nueve meses de construcción 22 3

12 Velocidad periférica de pala Velocidad de viento 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Rendimiento CURVAS CARACTERÍSTICAS DE AEROGENERADORES Bipala de alta velocidad Curva de rendimiento máximo teórico

13 Velocidad del viento, m/s Rotor de paso fijo Rotor de paso variable Aerogenerador de 660 kW potencia nominal: + Diámetro de rotor: 48 m + Altura de torre: 60 m Potencia en kW

14 Evolución del Rotor: Palas de paso fijo Palas de paso variable Velocidad variable Evolución del Rotor: Palas de paso fijo Palas de paso variable Velocidad variable Generador Eléctrico : Motor Asíncrono Motor Síncrono Nueva Electrónica de Potencia Calidad y Fiabilidad en la red Generador Eléctrico : Motor Asíncrono Motor Síncrono Nueva Electrónica de Potencia Calidad y Fiabilidad en la red Caja Multiplicadora Mejora de diseño Desaparece en nuevos aerogeneradores Caja Multiplicadora Mejora de diseño Desaparece en nuevos aerogeneradores Evolución de los aerogeneradores de eje horizontal Mejor rendimiento energético Control y regulación del vertido a red Mejor rendimiento energético Control y regulación del vertido a red

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16 LA TECNOLOGÍA EÓLICA CUMPLE LA 1ª GENERACIÓN: ¿Cómo serán los aerogeneradores del futuro? + No lo sabemos. Posiblemente de concepción diversa Puede que volvamos a las máquinas de eje vertical + Razones de peso del equipo mecánico – eléctrico Se está desarrollando la eólica marina + Pero pueden tener nuevos diseños + El recurso eólico marino es muy amplio. Europa - En España también

17 80 a 100 m Longitud de pala. 50 a 70 m El peso de góndola será de más de 100 t ¿200 m de altura? ¿Rigidez o flexibilidad? Grandes aerogeneradores: más de 5 MW de potencia

18 A) Muerto B) Hincado C) Pilotes

19 Estructura soporte Giro controlado Aumento de velocidad en razón inversa a la disminución de la superficie de paso de la corriente P = f ( V ) 3

20 Se estima que el recurso de eólica marina recuperable en el año 2020 será de: MW 30 m 50 m 3 MW 5 MW Tecnología al año 2010 Año MW

21 EÓLICA EN TIERRA: Galicia MW. Castilla Y León MW Aragón MW Castilla La Mancha MW Otras CC.AA MW EÓLICA MARINA: Golfo de Cádiz MW. Buen viento y emplazamientos factibles Costa de Mediterráneo MW.- Fondos no muy profundos. Vientos bajos Otras zonas, en Galicia y en puertos MW. Emplazamientos singulares VALORACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO EN LA PENINSULA

22 LOS PARQUES EÓLICOS SON UN BUEN NEGOCIO: Prima a la electricidad suministrada a la red + Legislación: Alemania, Dinamarca, España + Se mantiene a lo largo de la vida del parque La prima no es un extra coste elevado + Véase el gráfico adjunto Los excedentes para el promotor son muy elevados + A partir del año número diez de operación + Puede haber un colonialismo regional

23 Años de vida Gastos de operación y mantenimiento Gasto de reposición, y generales Ingresos por la venta de electricidad Devolución del préstamo Resultados brutos. Antes de impuestos. Fin de la vida útil Posibilidad de reponteciación Valores de ingresos y gastos (Valor de la prima) PARQUE EÓLICO MEDIO, EN TIERRA

24 Valores de la electricidad en cts de euro/kWh Coste medio de la generación en el sistema eléctrico Precio de venta de la electricidad eólica Precio que paga el consumidor doméstico Precio medio de venta de la electricidad en España. Prima eólica

25 Ingresos por primas 40 Millones Euros Valor de la subasta de la electricidad en sistema convencional 120 Millones Euros Operación y mantenimiento 15 Gastos Locales 7 Ingresos brutos para el promotor 80 Millones Euros Gastos financieros 45 Millones Euros Gastos generales13 Parque eólico: Potencia …….…. 40 MW Horas anuales..… Vida útil,,,,,,,...,,, 25 años Inversión Mll Euros Préstamo … 30 Mll Euros Interés real ………….. 5% El desarrollo de la energía eólica puede tener carácter de colonialismo regional Debe haber una participación local o regional significativa en la propiedad O participación desde las Comunidades Autónomas en las que se implanta Desde luego una distribución equilibrada de los excedentes de explotación

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27 Un estudio cifra el empleo directo en eólica en puestos de trabajo. Eólica 2007 de la Asociación Empresarial Eólica, AEE

28 En España, a finales de 2007: Potencia eólica instalada MW, la sexta parte del total mundial Algo más del 9% de la generación bruta española de electricidad Casi 600 parques eólicos.- Potencia media 25 MW Potencia más frecuente de los últimos aerogenerados de 660 a kW

29 Parque eólico frente a Portosin, ría de Muros y Noia, Coruña.- Agosto de 2007

30 Almacenamiento en parque eólico 75%40% 90% Almacenamiento en la red eléctrica general ¿90%? ¿60%? Sin demostrar y con demandas de desarrollo tecnológico Bombeo entre depósitos Bombeo entre presas

31 EL RECURSO EÓLICO ES MUY AMPLIO EN EL MUNDO: Más de TWh/año de electricidad + Consumimos TWh Pero está en zonas poco habitadas o lejanas de los consumos + La Patagonia por ejemplo + Marruecos y Mauritania También hay un recurso para la eólica aislada + Los pequeños consumidores. Coste moderado - Necesidad de estabilidad del sistema

32 Aquí se reflejan algunas áreas de buenos recursos eólicos de una parte del mundo. Hay otras varias, y además es preciso tener en cuenta los efectos climáticos regionales o locales para valorar otros campos eólicos. Se estima que utilizando el potencial eólico mundial es posible generar TWh/a. Esto podría atender la actual demanda de electricidad, TWh, su incremento futuro, y producir el hidrógeno necesario para el uso actual de automoción, o alimentar los vehículos de tracción eléctrica.

33 Vientos alisios en Isla do Sal, Archipiélago de Cabo Verde.- Mayo de 2004

34 1,5 Km. 250 m 15 Km 25 Km EÓLICA DEL CHOCÓN: En una meseta próxima a esta presa, cuya potencia hidráulica es de MW. Con unas equivalentes a plena carga. Parque eólico de: aerogeneradores MW horas equivalentes - Inversión Mill Euros. - Generación GWh EÓLICA DEL CHOCÓN: En una meseta próxima a esta presa, cuya potencia hidráulica es de MW. Con unas equivalentes a plena carga. Parque eólico de: aerogeneradores MW horas equivalentes - Inversión Mill Euros. - Generación GWh Generación de la décima parte del consumo eléctrico en Argentina

35 1 23 Reducir la presión de demanda de petróleo y gas natural en el Oriente Medio desde la Europa Occidental. Facilitar la llegada de petróleo y eventualmente gas natural hacia otros países. Extender este esquema para la cooperación a Oriente Medio. Reducir la presión de demanda de petróleo y gas natural en el Oriente Medio desde la Europa Occidental. Facilitar la llegada de petróleo y eventualmente gas natural hacia otros países. Extender este esquema para la cooperación a Oriente Medio Potencia eólica en el Magreb: MW 2.- Generación eléctrica con gas natural 3.- Extracción moderada de petróleo y gas 4.- Cooperación tecnológica, industrial y financiera con el Sur del Mediterráneo España e Italia está muy cerca de África y deben ser los líderes de esta visión del Mediterráneo. Toda Europa Occidental también. Francia debiera ser un país clave en proyectos de este tipo. España e Italia está muy cerca de África y deben ser los líderes de esta visión del Mediterráneo. Toda Europa Occidental también. Francia debiera ser un país clave en proyectos de este tipo.

36 Batería de acumulación Generador diesel (Suministro de la energía reactiva y mantenimiento de la calidad de onda) Usuarios varios con media o baja potencia de conexión. Gestión de demanda en función del viento disponible. Minimización de la electricidad generada con el motor diesel. Usuarios varios con media o baja potencia de conexión. Gestión de demanda en función del viento disponible. Minimización de la electricidad generada con el motor diesel. ESQUEMA DE DISEÑO DE EÓLICA AISLADA

37 Muchas gracias por su participación


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