Primera Jornada de Almacenamiento de Energía del Consejo Nacional de Operación

Estado del arte del desarrollo tecnológico en las diferentes formas de almacenamiento de energía y su impacto económico Ángela Inés Cadena, Javier Rodríguez, et al. [email protected] Universidad de los Andes Mayo 15 de 2017

Principales tecnologías de almacenamiento

• Baterias (BES): almacenamiento electroquímico • Volantes (FES): dispositivos mecánicos que almacenan energía cinética rotacional • Almacenamiento de aire comprimido (CAES): reserva en forma de presión (energía potencial) • Almacenamiento por bombeo hidráulico (PSH): reservorios con energía potencial

• Almacenamiento en superconductores magnéticos (SMES): almacenamiento de corriente – campo electromagnético • Supercapacitores: capacitores que utilizan principios electroquímicos o electrostáticos

• Almacenamiento térmico: captura y almacenamiento de calor o frío

Fuente: http://energystorage.org/energy-storage/energy-storage-technologies

Grado de madurez de las tecnologías de almacenamiento

Fuente: IEA. (2014). Technology Roadmap – Energy Storage.

Capacidades de almacenamiento instaladas a nivel mundial (2010) conectadas a la red

Fuente: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapEnergystorage.pdf & http://www.energystorageexchange.org/projects

Capacidades de almacenamiento instaladas y proyectadas en Estados Unidos

Fuente: DOE (2013). Grid Energy Storage.

Evolución de las capacidades de almacenamiento conectadas a la red

Fuente: http://www.energystorageexchange.org/projects

Uso de baterías integradas a la red Battery Energy Storage System (BESS)

Fuente: http://www.energystorageexchange.org/projects

Almacenamiento en la industria eléctrica SOLUCIONES TEMPORALES O PERMANENTES

Fuente: Deloitte. (2015). Electricity Storage. Technology, impacts and prospects.

Aplicación de las tecnologías de almacenamiento (EPRI)

Fuente: EPRI. (2010). Electricity Energy Storage Technology Options.

Aplicaciones de las tecnologías de almacenamiento de energía

MULTIPROPOSITO

Fuente: EPRI. (2010). Electricity Energy Storage Technology Options.

Aplicaciones de sistemas de almacenamiento electro-químico a nivel mundial Basado en cifras del DOE

Gráfica 2 Usos de sistemas de almacenamiento electroquímico. Elaboración propia basada en DOE Energy Storage Database.

Fuente: D. Arrázola. (2015). Valoración de sistemas de almacenamiento electroquímico en Colombia. U. de los Andes.

Aplicaciones de sistemas de almacenamiento electro-químico a nivel mundial Basado en cifras del DOE

Fuente: D. Arrázola. (2015). Valoración de sistemas de almacenamiento electroquímico en Colombia. U. de los Andes.

Espectro de tecnologías de almacenamiento de energía

Fuentes: EPRI. 2010. Electricity Energy Storage Technology Options. ITM POWER Energy Storage Clean Fuel

Servicios y aplicaciones

Fuente: Fitzgerald, Garrett, James Mandel, Jesse Morris,mand Hervé Touati. The Economics of Battery Energy Storage. Rocky Mountain Institute, September 2015.

Servicios y aplicaciones según la cadena de valor

Fuente: Tobias S. Schmidt, Volker H. Hoffmann, Benedikt Battke. (2015). Economics of Energy Storage Technologies Implications for policy makers and deployment support. Frontiers in Energy Research Seminar, ETH Zürich

Beneficios y valoración del almacenamiento

•

EPRI: el almacenamiento de energía es altamente dependiente de [la aplicación seleccionada], el costo de la tecnología correspondiente y los ingresos potenciales de la capacidad de descarga (MW) y capacidad de almacenamiento (MWh).

•

DOE: el almacenamiento debe ser (i) competitivo con otras tecnologías que presten servicios similares; (ii) reconocido por su valor de prestar múltiples servicios; y (iii) debe integrase ‘fácilmente’ a los sistemas existentes a gran escala y pequeña escala.

•

Se requiere entonces: – – – –

“Cost competitive energy storage systems Validated performance and safety Equitable regulatory environment Industry acceptance”

Acciones a acometer (DOE)

Fuente: DOE (2013). Grid Energy Storage.

Service Value

Fuente:Fuente: Fitzgerald, Garrett, James Mandel, Jesse Morris,mand Hervé Touati. The Economics of Battery Energy Storage. Rocky Mountain Institute, September 2015.

Levelised Cost Of Storage

Fuente: Lazard (2016). Lazard’s Levelised Cost Of Storage V2.0.

Levelised Cost Of Storage

Fuente: Lazard (2016). Lazard’s Levelised Cost Of Storage V2.0.

Tomado de la presentación de Javier Rodríguez en el curso de renovables de Uniandes, 2016.

ANEXO: TECNOLOGÍAS

Tecnologías de almacenamiento (estatus a 2010)

Pumped Storage Hydroelectricity

Underground Thermal Energy Storage

Compressed Air Energy Storage

Fuente: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapEnergystorage.pdf

Almacenamiento de bombeo hidráulico (PSH)

Taum Sauk Plant, USA

Fuente: http://web.mst.edu/~rogersda/dams/taum-sauk/watkins-taum-sauk-gsa_branson-compressed.pdf http://www.geni.org/globalenergy/research/energy-storage-technologies/Energy-Storage-Technologies.pdf http://www.link2universe.net/2014-01-24/stazioneidroelettrica-taum-sauk-fisica-della-piu-grande-batteria-al-mondo/

Almacenamiento de aire comprimido CAES

Fuente: http://spectrum.ieee.org/energywise/energy/the-smarter-grid/compressed-air-energy-storage-makes-a-comeback y http://www.wired.com/2010/03/compressed-air-plants/

Tecnologías de almacenamiento (estatus a 2010)

Fuente: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapEnergystorage.pdf

Baterías de Sodio – Azufre (NAS) • Materiales abundantes • Alta densidad de energía • Mínima pérdida de carga • Vida del orden de 15 años • Trabaja a altas temperaturas (entre 300 y 350 °C)

Fuente: http://www.green-energy-news.com/arch/nrgs2010/20100052.html

Baterías Ion-Litio

Fuente: http://www.treehugger.com/corporate-responsibility/lithium-ion-batteries-for-evs-to-grow-from-878-million-market-in-2010-to-8billion-in-2015.html y http://www.hitachi-automotive.co.jp/en/products/eps/02.html

Baterías Ion-Litio

Fuentes: https://ilsr.org/political-and-technical-advantages-distributed-generation/ & http://theconversation.com/affordable-batteries-for-green-energy-are-closer-than-we-think-28772

Baterías Ion-Litio

Ejemplo del PowerWall (de Tesla)

Fuente: http://www.teslamotors.com/powerwall?redirect=no

Baterías de plomo-ácido Carga ABIERTAS

Descarga

GEL

Fuente: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/leadacid.html y http://www.geni.org/globalenergy/research/energy-storage-technologies/Energy-Storage-Technologies.pdf

Camparación (Abiertas Vs GEL) Baterías de plomo-ácido

Tomado de: BAE Batterien GmbH, Foro de Energías Renovables para zonas no interconectadas. Bogotá, 7 de Octubre de 2014

Baterías de flujo

Baterias Redox (tipo más común): • Hierro-Cromo • Vanadio • Zinc-Bromo

Fuente: http://www.geni.org/globalenergy/research/energy-storage-technologies/Energy-Storage-Technologies.pdf

Tecnologías de almacenamiento (estatus a 2010)

Fuente: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapEnergystorage.pdf

Volantes

Fuente: http://www.geni.org/globalenergy/research/energy-storage-technologies/Energy-Storage-Technologies.pdf y http://www.boeing.com/news/frontiers/archive/2004/november/i_tt.html

Almacenamiento en superconductores magnéticos (SMES)

Fuente: http://www.geni.org/globalenergy/research/energy-storage-technologies/Energy-Storage-Technologies.pdf y http://web.ing.puc.cl/~power/mercados/almacena/Almacenamiento_Energia.htm

Supercapacitores (Supercondensadores) Utilizan un dieléctrico no convencional: sustancia electroquímica

Fuente: http://inhabitat.com/new-supercapacitor-made-with-biofuel-by-product-is-cheaper-greener/ y http://www.greenbang.com/ultracapacitor-firm-aims-for-energy-storage-innovations_18881.html

Prospectos

• De acuerdo con la firma de análisis de mercados IHS; el mercado del almacenamiento de energía está por sufrir un gran crecimiento para pasar de niveles anuales de instalaciones del orden de 0,34 GW (2012 y 2013) al orden de 6 GW en 2017 y 40 GW en 2022. • Un reporte de IMS Research indica que el mercado de almacenamiento para sistemas solar fotovoltaicos, que representó menos de 200 millones de dólares en 2012, podrá pasar a representar 19.000 millones de dólares en 2017. Fuente: http://energystorage.org/energy-storage/energy-storage-technologies