Energy storage systems for wind energy integration. Technology, applications, and benefit analysis

Resumen

El objetivo de esta tesis es el estudio de las diferentes tecnologías de almacenamiento de energía adecuadas para apoyar la integración de la energía eólica en red. Los sistemas de almacenamiento energético pueden contribuir haciendo la energía eólica más fiable y económicamente más atractiva de una manera sostenible. En el Capítulo 1 se hace un análisis de los problemas energéticos a los que nos enfrentamos y se destaca el interés por las energías renovables, especialmente la energía eólica. Se analizan las particularidades de la generación e integración en red de la energía eólica. También se analiza la necesidad y el papel que el almacenamiento de energía puede tener en el panorama energético y los factores que han dado lugar al creciente interés en esta área en particular. En el Capítulo 2 se ha realizado una revisión exhaustiva de los trabajos de investigación existentes en relación con el almacenamiento de energía eólica. Además, se han identificado las organizaciones que participan en la promoción y la investigación del almacenamiento de la energía eólica. Algunos de los proyectos existentes más importantes de energías renovables con sistemas de almacenamiento y sus características se presentan también en este capítulo. El capítulo concluye con la presentación del estado actual de desarrollo del almacenamiento de energía eólica en relación con el almacenamiento como habilitador de las energías renovables, los valores obtenidos a través de la integración de las tecnologías de almacenamiento de energía con generación de energías renovables, modelado y análisis para evaluar el valor del almacenamiento de energía combinado con las energías renovables, el estado de arte del almacenamiento de energías renovables y proyectos de demonstración. El Capítulo 3 incluye una visión general de las tecnologías de almacenamiento. Se presentan las características y formas de almacenamiento de energía. Las aplicaciones del almacenamiento de energía y los requisitos técnicos han sido identificados en términos de duración y frecuencia de descarga. Se presentan también los servicios más específicos que el almacenamiento de energía podría proporcionar. El capítulo termina con el estudio de las posibles fuentes de valor del almacenamiento de energía incluyendo capacidad flexible, arbitraje de energía, balance del sistema y servicios auxiliares, gestión de las congestiones, desplazamiento de energías renovables en el tiempo, previsión de producción de energías renovables emisiones y calidad de energía. El almacenamiento de energía permite gestionar mejor la oferta y demanda de energía. La relación entre la energía eólica y la curva de demanda se ha estudiado en el Capitulo 4. El viento como, como la mayoría de las cargas es un recurso no despachable, con un comportamiento cíclico, dependiendo de las condiciones climáticas y tiende a veces desviarse de las previsiones. Se ha analizado el recorte de la energía eólica incluyendo los motivos y las estrategias para mitigar los recortes. El almacenamiento de energía puede utilizarse eficazmente para mitigar los recortes de energía eólica. El capítulo concluye con el análisis de la energía eólica y la demanda de electricidad en España. El precio de la energía (�/MWh) es más bajo cuando la demanda es baja lo que proporciona una oportunidad para conseguir beneficios económicos almacenando energía eólica cuando la demanda es baja y vendiéndola cuando los precios son más altos. Las características técnicas y de rendimiento, costos del sistema, ventajas y desventajas, impacto ambiental y estado actual del sistema de almacenamiento mediante el bombeo de agua, almacenamiento de energía con aire comprimido, sistema de almacenamiento de hidrogeno, volantes de inercia, baterías y supercondensadores se han estudiado en los Capítulos 5, 6, 7, 8 y 9. Varios tipos de baterías incluyendo LA, Ni?Cd, NiMH, Li?ion, NaS, VRB, ZBB, Zn?Cl, ZEBRA y NiFe han sido comparados en el Capítulo 9. Los resultados de la tesis han sido presentados en el Capítulo 10. Se ha comprado la capacidad, tiempo de descarga, la energía y densidad de potencia, eficiencia, vida útil y capacidad cíclica y costes de las tecnologías estudiadas en los Capítulos 5, 6, 7, 8 y 9. Se ha determinado la idoneidad técnica y económica de las diferentes tecnologías de almacenamiento para determinados servicios y aplicaciones basado en sus requisitos técnicos específicos. Además, se ha simulado el desplazamiento de 1 MWh de energía eólica por un periodo de una hora hasta nuevo horas utilizando varias tecnologías de almacenamiento en un día con mucho viento y en un día con poco viento. De acuerdo con los resultados, en un día con mucho viento se pueden obtener ganancias de hasta 67,8% desplazando energía eólica a horas con mucha demanda mientras que en un día con poco viento se pueden obtener ganancias de hasta 19,17%.