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SOTAVENTO

Milagros Rey Portog y

Tecnología

G N t l FGas Natural Fenosa

Seminario H2 y gestión energética-PE Sotavento. 27 mayo 2011

Índice

JustificaciónJustificación

ContextoContexto

Descripción de la instalación

Electrolizador


Electrolizador

Compresor

Motor combustión H2

Compresor

Motor combustión H22

Sistema de control

E

2

Sistema de control

EEnsayos

Conclusiones

Ensayos

Conclusiones


JustificaciónJustificación


Justificación

En España a finales 2010 había 20.670 MW eólicos instaladosEn España a finales 2010 había 20.670 MW eólicos instalados

Significa una cobertura mayor al 16% de la demandaSignifica una cobertura mayor al 16% de la demanda

Es indispensable planificar gestionar la prod cción eólicaEs indispensable planificar gestionar la prod cción eólicaEs indispensable planificar y gestionar la producción eólica. ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO.

Es indispensable planificar y gestionar la producción eólica. ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO.


ContextoContexto


Contexto. Participantesp

Nace fruto de un acuerdo marco entre Gas Natural con la Consellería de Innovación, Industria y Comercio para el desarrollode las energías renovables

Nace fruto de un acuerdo marco entre Gas Natural con la Consellería de Innovación, Industria y Comercio para el desarrollode las energías renovablesde las energías renovablesde las energías renovables

Contratista de la obra : Carburos Metálicos S AContratista de la obra : Carburos Metálicos S AContratista de la obra : Carburos Metálicos S.A.Contratista de la obra : Carburos Metálicos S.A.

Operación y Mantenimiento: Elecnor S.A.Operación y Mantenimiento: Elecnor S.A.

Acuerdo de colaboración con el departamento de Integración en Red de Energías Renovables de CENER para analizar y optimizar laInstalación

Acuerdo de colaboración con el departamento de Integración en Red de Energías Renovables de CENER para analizar y optimizar laInstalaciónInstalación. Instalación.


Contexto. Objetivosj

Explorar los retos y oportunidades de los sistemas de almacenamientoExplorar los retos y oportunidades de los sistemas de almacenamientoExplorar los retos y oportunidades de los sistemas de almacenamientoenergético y su importancia y potencial en sistemas de generación distribuida.

Explorar los retos y oportunidades de los sistemas de almacenamientoenergético y su importancia y potencial en sistemas de generación distribuida.

Obtener un avanzado conocimiento acerca de la gestión de energías Renovables empleando hidrógeno.

Obtener un avanzado conocimiento acerca de la gestión de energías Renovables empleando hidrógeno.

Demostrar la operación de un sistema de gestión energética empleando H2identificando áreas de optimización de coste y eficiencia

Demostrar la operación de un sistema de gestión energética empleando H2identificando áreas de optimización de coste y eficienciaidentificando áreas de optimización de coste y eficiencia. identificando áreas de optimización de coste y eficiencia.

Obt i i t té i ó i ibilit l ióObt i i t té i ó i ibilit l ióObtener conocimiento técnico y económico que posibilite la proyecciónse una instalación de gestión energética a escala industrial.

Obtener conocimiento técnico y económico que posibilite la proyecciónse una instalación de gestión energética a escala industrial.


Descripción de la instalaciónDescripción de la instalación



compresor

electrolizadormotor

compresor

almacenamiento



Energía eólica

ConsumidoresRed eléctrica

Mercado eléctrico

OperaciónoptimizadaPredicción

eólica

Electrolizador Almacenam. H2 Motor H2

Optimizar el recurso eólicoOptimizar el recurso eólicoEnergía

H2

Señal de control


D i ió d l i t l ióD i ió d l i t l ióDescripción de la instalación

Electrolizador


ElectrolizadorElectrolizadorElectrolizador


Descripción de la instalación. Electrolizador

Potencia sistema: 288 kWPotencia sistema: 288 kW

Modelo: Hydrogenics IMET, bipolarModelo: Hydrogenics IMET, bipolar

Potencia sistema: 288 kW

Formado por 4 stacks de celdas

Potencia sistema: 288 kW

Formado por 4 stacks de celdas

Cada stack está formado por 90 celdas electrolíticasCada stack está formado por 90 celdas electrolíticas

Máximo flujo de agua: 60 l/h a presión atmosférica

3

Máximo flujo de agua: 60 l/h a presión atmosférica

3Máximo flujo H2 : 60 Nm3/h

Pureza H2 > 99.99 %

Máximo flujo H2 : 60 Nm3/h

Pureza H2 > 99.99 %Pureza H2 > 99.99 %

Presión: 10 bar

Pureza H2 > 99.99 %

Presión: 10 bar

Electrolito: KOH 30%Electrolito: KOH 30%Seminario H2 y gestión energética-PE Sotavento. 27 mayo 2011

Descripción de la instalación. Electrolizador

Agua

Lavador

Separadores de gas

Celdas electrolíticasCeldas electrolíticas



Compresor


CompresorCompresorCompresor


Descripción de la instalación. Compresor

Compresor de pistón formado por dos grupos compresores

P aspiración: 2-4 bar

Compresor de pistón formado por dos grupos compresores

P aspiración: 2-4 barp

P descarga: 200 bar

Fl j H 18 0 30 9 N 3/h ió i ió 2 4 b

p

P descarga: 200 bar

Fl j H 18 0 30 9 N 3/h ió i ió 2 4 bFlujo H2 : 18.0 y 30.9 Nm3/h a presión aspiración 2 y 4 bar

Etapas compresión: 3

Flujo H2 : 18.0 y 30.9 Nm3/h a presión aspiración 2 y 4 bar

Etapas compresión: 3

Cilindros: 4

Consumo: 7 4 y 12 4 kW con 2 y 4 bar de presión de aspiración

Cilindros: 4

Consumo: 7 4 y 12 4 kW con 2 y 4 bar de presión de aspiraciónConsumo: 7.4 y 12.4 kW con 2 y 4 bar de presión de aspiración

Fabricante: Bauer, modelo HFS 15.4-13-DUO II

Consumo: 7.4 y 12.4 kW con 2 y 4 bar de presión de aspiración

Fabricante: Bauer, modelo HFS 15.4-13-DUO II


Descripción de la instalación. Compresor

2 grupos compresores2 grupos compresores



Motor combustión H


Motor combustión HMotor combustión H2Motor combustión H2


Descripción de la instalación. Motor combustión H2

Motor Scania:Potencia: 60 kW

Motor Scania:Potencia: 60 kW- Potencia: 60 kW

- Cilindros: 6- Configuración: en línea

- Potencia: 60 kW- Cilindros: 6- Configuración: en línea- Velocidad: 1500 rpm- H2 flujo: 70 Nm3/h- Velocidad: 1500 rpm- H2 flujo: 70 Nm3/h

Generador Stamford- Potencia: 55 kW

Generador Stamford- Potencia: 55 kW

Fabricante: Continental Energy SystemsFabricante: Continental Energy Systems


Descripción de la instalación. Motor combustión H2



Sistema de control


Sistema de controlSistema de controlSistema de control


Sistema de control

Producciones

Predicciones

Precios eléctricos

Motor

CompresorAlmacenamiento

Parque eólicoRed eléctrica


Descripción de la instalación. Sistema de control

Pantalla principal del SCADAPantalla principal del SCADA



Pantalla compresorPantalla compresor


Pantalla motorPantalla motor

TestsTests


Modelización equiposModelización equipos


Electrolizador. Estado estacionario

160

180

V)

Curve U-I

y = 13,667ln(x) + 72,753

60

80

100

120

140

Volt

age

(V

71,767,4

72,368,370,6

65,970,7

66,470

80

60

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Current (A)

42,97 44,7

42,94 45,3

43,0543,642,95 44

50

60

Stack 1

15 1 15 6815,1

15 915 315 1 15 4520

30

40 Stack 2

Stack 3

Stack 415,1 15,6815,9

15,1 15,315,1 15,45

0

10

20

Production (Nm3/h)

T (ºC) Voltage/10 (V) Current/10 (A) Consumption (kWh)

Efficiency*10 (kWh/Nm3)


Motor H2

0

50

60

70

10

20

30

40

0

10

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Power(KW) H2 consumption(Nm3/h)

Power analyser (kW) Speed/100 (rpm)Power_analyser (kW) Speed/100 (rpm)

90

100

110

120

ienc

y h/

Nm

3)

40

50

60

70

80

ns. (

Nm

3/h)

/eff

icci

ency

*100

(kW

h

0

10

20

30

20 25 30 35 40 45 50 55 60

H2

con

(%)/

effic


Power (kW)

H2 consump.(Nm3/h) efficiency (%) efficiency*100 (kWh/Nm3)

Control bajo demanda del electrolizador

950

1000

180

200

Control bajo demanda del electrolizador

850

900

120

140

160

3/h)

; r*

10)

100)

750

800

60

80

100

oduc

tion

(Nm

3om

p_in

let

(ba

ectr

ol.

(bar

*1

600

650

700

0

20

40

Pro

Pco

Pel

6000

Prod.total (Nm3/h) Pcompr_inlet (bar) Pelect. (bar)

9P aspirac.

compr. baja

P elec.= 9,5 bar

Prod.H2baja

Si P aspir. comp

La prod. H2aumenta y

la P se mantiene


Caracterización compresor + electrolizadorCaracterización compresor + electrolizador

Son posibles las siguientes combinaciones:Son posibles las siguientes combinaciones:p g

• 2 CSs con 1 CG (CG 1 or CG 2) a diferentes P en almacenamiento H2


p g


• 3 CSs con 1 CG (CG 1 or CG 2) a diferentes P en almacenamiento H23 CSs con 1 CG (CG 1 or CG 2) a diferentes P en almacenamiento H2

• 3 CSs con 2 CGs a diferentes P en almacenamiento H2

• 4 CSs con 1 CG (CG 1 or CG 2) a diferentes P en almacenamiento H

3 CSs con 1 CG (CG 1 or CG 2) a diferentes P en almacenamiento H2


• 4 CSs con 1 CG (CG 1 or CG 2) a diferentes P en almacenamiento H• 4 CSs con 1 CG (CG 1 or CG 2) a diferentes P en almacenamiento H2





EstrategiasEstrategias


Estrategia valle/puntaEstrategia valle/punta

18

20

Peaking inviernoPrecio eólico/10 (euro/MWh)

Pot.motor/10 (kW)

10

12

14

16

18Pot.elect./100

Cons.esp.elect.(kWh/Nm3)

Cons.motor (kW)

bypass(10%)

2

4

6

8

10cons.espec.elect.+comp.(kWh/Nm3)Pot.espec.motor*10 (kWh/Nm3)

Pot.PE/100 (kW)

Pot.elec+comp/100 (kW)

0

0:10

0:30

0:50

1:10

1:30

1:50

2:10

2:30

2:50

3:10

3:30

3:50

4:10

4:30

4:50

5:10

5:30

5:50

6:10

6:30

6:50

7:10

7:30

7:50

8:10

8:30

8:50

9:10

9:30

9:50

10:1

010

:30

10:5

011

:10

11:3

011

:50

12:1

012

:30

12:5

013

:10

13:3

013

:50

14:1

014

:30

14:5

015

:10

15:3

015

:50

16:1

016

:30

16:5

017

:10

17:3

017

:50

18:1

018

:30

18:5

019

:10

19:3

019

:50

20:1

020

:30

20:5

021

:10

21:3

021

:50

22:1

022

:30

22:5

023

:10

23:3

023

:50

H2cons.motor/10 (Nm3/h)

H2elec./10 (Nm3/h)

Peaking inviernoPrecio eólico/10 (euro/MWh)

7

8

9

10Pot.motor/10 (kW)

Pot.elect./100

Cons.esp.elect.(kWh/Nm3)

Cons.motor (kW)

3

4

5

6( )

bypass(10%)

cons.espec.elect.+comp.(kWh/Nm3)Pot.espec.motor*10 (kWh/Nm3)

Pot PE/100 (kW)


1

2

0:10

0:30

0:50

1:10

1:30

1:50

2:10

2:30

2:50

3:10

3:30

3:50

4:10

4:30

4:50

5:10

5:30

5:50

6:10

6:30

6:50

7:10

7:30

7:50

8:10

8:30

8:50

9:10

9:30

9:50

10:1

010

:30

10:5

011

:10

11:3

011

:50

12:1

012

:30

12:5

013

:10

13:3

013

:50

14:1

014

:30

14:5

015

:10

15:3

015

:50

16:1

016

:30

16:5

017

:10

17:3

017

:50

18:1

018

:30

18:5

019

:10

19:3

019

:50

20:1

020

:30

20:5

021

:10

21:3

021

:50

22:1

022

:30

22:5

023

:10

23:3

023

:50

Pot.PE/100 (kW)

Pot.elec+comp/100 (kW)

H2cons.motor/10 (Nm3/h)

H2elec./10 (Nm3/h)

E t t i ll / tEstrategia valle/punta

8

9

10

Peaking verano

Precio eólico/10 (euro/MWh)

P t t /10 (kW)

4

5

6

7 Pot.motor/10 (kW)

Pot.elect./100

Pot.cons.motor (kW)

cons.espec.elec(kWh/Nm3)

Prod.espec.motor*10 (kWh/Nm3)

Prod.PE(MW)

l (k h/ )

0

1

2

3

8:15

8:45

9:15

9:45

0:15

0:45

1:15

1:45

2:15

2:45

3:15

3:45

4:15

4:45

5:15

5:45

6:15

6:45

7:15

7:45

8:15

8:45

9:15

9:45

0:15

0:45

1:15

1:45

2:15

2:45

3:15

3:45

0:15

0:45

1:15

1:45

2:15

2:45

3:15

3:45

4:15

4:45

5:15

5:45

6:15

6:45

7:15

7:45

8:15

cons.espec.elec+comp(kWh/Nm3)

Pot.elec.+comp/100 (kW)

H2cons.motor/10(Nm3/h)

H2elec.(Nm3/h)

8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 19 19 20 20 21 21 22 22 23 23 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8


Estrategia desvíos

250

300Desvíos

200

250

100

150

0

50

0:09 1:39 3:09 4:39 6:09 7:39 9:09 10:39 12:09 13:39 15:09 16:39 18:09 19:39 21:09 22:390:09 1:39 3:09 4:39 6:09 7:39 9:09 10:39 12:09 13:39 15:09 16:39 18:09 19:39 21:09 22:39

Pot.electr.(kW) Pot.motor(kW) Prod.elect.(Nm3/h)Cons.H2motor(Nm3/h) Prod.PE/10 (kW) Predicc.PE/10 (kW)VH2almac/10(Nm3)


Estrategia desvíos

Desvíos 20/10

300

350

Desvíos 20/10

200

250

100

150

0

50

0:09 1:39 3:09 4:39 6:09 7:39 9:09 10:39 12:09 13:39 15:09 16:39 18:09 19:39 21:09 22:39

Pot.electr.(kW) Pot.motor(kW) Prod.elect.(Nm3/h)Cons.H2motor(Nm3/h) Predicc./10 (kW) Produc.PE/10 (kW)VH2almac/10(Nm3) Prod.corregida/10 (kW)


Estrategia repowering

151617

4CSs+2GC.NOCHE

1112131415

6789

10

23456

012

10,00 110,00 210,00 310,00 410,00 510,00 610,00PaspSP (bar) Paspcomp (bar) Prod.elec./10 (Nm3/h)


p ( ) p p ( ) / ( / )

Palmac/10 (bar) Pot.elect./100 (kW)

Estrategia nivelación de cargas- “configuración en isla”

60

70

80

40

50

60

20

30

0

10

12:00 13:12 14:24 15:36 16:48 18:00

Pot.electr./10(kW) Pasp.SP (bar) Pasp(bar) Nºstacks

Pot.motor(kW) Prod.elect/10(Nm3/h) Prod.FT/10(Nm3/h) Cons.H2motor(N3/h)


Conclusiones

No existe legislación para este tipo de instalaciones. Dificultad para obtener licencias.

No existe legislación para este tipo de instalaciones. Dificultad para obtener licencias.

No existe legislación a cerca del precio de venta de la energía producida por el motor.

No existe legislación a cerca del precio de venta de la energía producida por el motor.

La estrategia de control de los equipos no es adecuada para trabajarcon fuentes renovables variables. Dificultad en la modelización del sistema.

La estrategia de control de los equipos no es adecuada para trabajarcon fuentes renovables variables. Dificultad en la modelización del sistema.

Se gestiona la producción del PE según las estrategias de: peaking, desvíos, repotenciación o satisfacción de una demanda en un red con

fi ió i l

Se gestiona la producción del PE según las estrategias de: peaking, desvíos, repotenciación o satisfacción de una demanda en un red con

fi ió i lconfiguración en isla.configuración en isla.


Gracias!Gracias!

Participación en:

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