Innovación hacia un futuro sostenible
Gianluca Gigliucci
Enel Ingegneria e Innovazione
SEMINARO “ENERGIA PARA CHILE”
SENADO DE CHILE, VALPARAISO, 14 SEPTIEMBRE 2011
El desafío hacia un futuro sostenible
Población y consumos
en fuerte crecimiento
Precio y disponibilidad
de recursos fósiles
Sensibilidad social a las
cuestiones
medioambientales
Soluciones tecnológicas globales,
aplicaciones locales
Energía para Chile
Una solución compleja
que necesita de un enfoque “holístico”
CCS industry
and transformation 9%
70
60
Baseline Emissions 62 Gt
Nuclear 6%
50
CO2 emissions (Gt CO2/yr)
CCS power generation 10%
Renewables 21%
Power generation efficiency
& fuel switching 7%
End-use fuel switching 11%
40
30
End use electricity
efficiency 12%
20
10
BLUE Map Emissions 14 Gt
End use fuel
efficiency 24%
0
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Las renovables: una parte de la solución que debe tener en
cuenta las particularidades locales
[Source:IEA, ETP 2008]
Energía para Chile
3
Recursos renovables
Distribuidos, con baja concentración y no perfectamente predecible
Uso de la tierra (km2/MWe)
El uso de energías renovables para cubrir una cantidad considerable de los
consumo de un País necesita de:
• Aprovechar los recursos donde sean disponibles
• Utilizar las tecnologías mas adapta para generar energía al costo mínimo en
función de las particularidades locales
• Uso de redes inteligentes con sistemas de almacenamiento de energía, para
permitir el manejo de cantidad relevantes de energías renovables no
predecible
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Energía para Chile
El Chile
Recursos optímales, peculiaridad geográficas únicas
• Potencial renovable non convencional
entre los mejores del mundo: sol, viento,
geotermia, olas, corrientes, mini-hidro
Sol
• 40% de la energía eléctrica producida
por combustibles fósiles de importación
Población
Viento
• Consumo eléctricos subiendo 5.4% cada
año para los próximos 20 años
• Sitios de consumo lejos de sitios de alta
disponibilidad de recursos renovables
Geotermia
Olas,
corrientes,
mini-hidro
Chile’s strong dependency on imported energy
sources, price increases in fossil fuels, future
restrictions on greenhouse gas emissions, and
growing public opposition to large, conventional
energy generating plants are all elements that
combine to create a significant window of
opportunity to incorporate more renewable
energy production into the Chilean energy grid
[Fundacion Chile, 2010].
Energía para Chile
Difusión masiva de renovables en Chile
Las innovaciones necesarias
• Medida y cualificación de los diferente recursos en toda las áreas
geográficas
• Definición de las soluciones tecnológicas más adecuadas para cada
área geográfica
• Reducción ulterior del coste de la energía generada para las
tecnologías de interés
• Aplicación de tecnologías para la gestión de redes con fuerte
presencia de energías renovables no programables
Necesidad de investigación, desarrollo y aplicación
de nuevas tecnologías
Energía para Chile
6
La innovación Enel
Energía para Chile
7
Investigación y Desarrollo
Coordinación única de I+D para la innovación en todo el mundo
Pisa
133 resources
Brindisi
38 resources
Catania
14 resources
0 – 0.5 GW
0.5 -1 GW
1 - 2. GW
2 – 10 GW
> 10 GW
Representative offices, financial holdings, operative branches, commercial companies
Innovación global,
•
200 Investigadores
•
3 Centros de investigación
•
3 Centros de pruebas
•
2 Laboratorios químicos
•
40 Patentes
•
Cooperación con las mejores
universidades en todo el mundo
aplicación local en todo el mundo
Energía para Chile
8
Towards “zero emission”
power generation
Áreas de investigación
• Combustibles
1
fosiles
•2 Energías
renovables
• Captura y almacena• Aumento de
eficiencia
• miento de CO2
• Emisiones & Residuos
• Geotermica
• Termosolar
• Viento
• Fotovoltaica
• Redes inteligentes
3
y ahorro energético
• Olas y corrientes
• Smart grid
• E-mobility
• Almacenamien
to de energía
• Edificios Cero CO2
• Zonas remotas
Diferentes caminos de innovación con el mismo objetivo:
un mundo con cero emisiones
Energía para Chile
9
Innovación en la captura y el almacenamiento
de la CO2
Central
fosil
Captura
Compresión
y transporte
Acuífero
salino
Inyección
• Formas posibles: pre-combustión,
combustión en oxígeno, post-combustión
• Elección primaria Enel: post-combustión, con
atención a la posibilidad de captura de precombustión
Camino de
CO2
1 km
Capa impermeable de
roca
Capturar la CO2 necesita
energía  fundamental
aumentar la eficiencia las
plantas fósiles
CO2
El desarrollo de Enel
Laboratorio
Planta Piloto
Planta Demo
Brindisi
Brindisi
Porto Tolle
Enel coordina las mayores
empresas europeas de
electricidad en un proyecto
de I + D (ENCIO) para lograr
eficiencia >50%
Gases: 2 Nm3/h
CO2 : 0.4 kg/h
Gases: 10.000 Nm3/h
CO2 : 2500 kg/h
Gases: 810.000 Nm3/h
CO2 : 180.000 kg/h
Energía para Chile
(desarrollo y prueba de aceros
especiales)
Innovación en el solar
Archimede: la planta termosolar mas innovadora del mundo
 La primera a utilizar sales fundidos como
fluido operativo (550°C)
 La primera a utilizar el mismo fluido para
Key figures:

Net power:
4,7 MWe

Net efficiency:
15,6%

Mirror field surface:
8 ha

Annual gross prod.:
9,7 GWh
colectar y para almacenar la energía (mas
simple, mas barato)
 La primera integrada con un ciclo combinado,
generando vapor a 540°C
kWh/m2
1750
1350
Energía para Chile
11
Innovación en la geotermia
Ciclos binarios de baja temperatura
 El uso de fluidos geotérmicos
caliente está bien establecida
 La innovación se centra en el
desarrollo de soluciones
competitivas para el uso de
fluidos geotérmicos con baja
temperatura (<180°C)
 El impacto ambiental de los
ciclos desarrollado es mínimo
Prueba de ciclo innovador en Livorno a partir de Enero 2012
Energía para Chile
12
Innovación en la geotermia
Ciclo hibrido solar-geotérmico
Ciclo hibrido con recurso solar:
 Más electricidad sin necesidad de expandir el
uso del recurso geotérmico
 Mejor rendimiento de conversión energética
 Más rentable que las instalaciones solares
independientes (más horas de operación)
 Menor riesgo asociado a la disminución de la
temperatura y de la cantidad del fluido
geotérmico año cada año
Diseño completo
Pruebas de ciclo de híbridos en Nevada a partir de 2013
Energía para Chile
13
Redes inteligentes, almacenamiento energético
y el hidrógeno
Energía para Chile
14
Innovación en el almacenamiento energético
Tecnología clave para las redes inteligentes
Análisis de las
tecnologías
Baterías de flujo
Baterías de alta temperatura
Aire compreso
Hidro de bombeo
Hidrogeno
Demonstración
en campo
Test de plantas piloto
Pruebas a gran escala
Baterías de coche y recarga rapida
Almacenamiento agregados
Las diferentes tecnologías de almacenamiento permiten una gestión óptima
de la red, de la generación hasta el consumo de energía
 Gestión en potencia: regulación instantánea de la red
 Gestión en energía: superposición de picos de producción y consumo
 Garantía de programación de producción
Energía para Chile
Innovación en el almacenamiento energético
Pruebas de los diferentes sistemas
Objetivo
Análisis y pruebas de sistemas de
almacenamiento y estudio de su integración con
los sistemas de generación de energía renovable
y la red eléctrica
Laboratorio de pruebas de Livorno
ZEBRA
65%
64%
Emul. di Carico
56%
Actividades
LITIO
VRB
• Pruebas en laboratorio con conexión a generadores renovables
• Demonstración de sistemas de gran tamaño en la red de islas Canarias
• Medida de las reales prestaciones técnicas y económicas
• Identificación de los métodos óptimos de operación y mantenimiento
Energía para Chile
16
El hidrógeno
Una manera interesante para almacenar y utilizar la energía
•
•
•
Descubierto en 1766 por Henry Cavendish
El nombre “hidrógeno” fue asignado por Antoine Laurent Lavoisier y significa
"generador de agua“
Muy abundante en la Tierra, pero siempre vinculado a otros elementos en
las moléculas
Pros/contras
 Es un combustible y un portador de energía a prácticamente cero impacto ambiental
 Alta densidad de energía por unidad de masa
 Puede ser producido de fuentes fósiles y renovables
 Puede ser utilizado para la generación de energía y la movilidad ambientalmente sostenible
 El gas hidrógeno no es una fuente primaria de energía
 Baja densidad energética por unidad de volumen: el almacenamiento no es simple
 La cadena electricidad-hidrógeno-electricidad tiene baja eficiencia
Energía para Chile
17
Métodos para el almacenamiento de hidrógeno
Energía almacenada en masa y en volumen
Gas comprimido (200-800 bar)
Licuefacción (20K)
Hidrogeno sin
tanque
(1 bar, 20°C)
33 kWh/kg
3 kWh/litro
800 bar
3.3 kWh/kg , 1.1 kWh/litro
Hidruros metálicos
(1-10 bar, 25-300°C)
Tanque gasolina
2.3 kWh/litro
12 kWh/kg
9 kWh/litro
MgH2 (10 bar, 300°C)
2.5 kWh/kg, 3.8 kWh/litro
Estructuras físicas
que contienen hidrógeno
0.7 kWh/kg, 1.3 kWh/litro
Energía para Chile
18
Proyectos Enel sobre el hidrógeno
Producción
Coal Pirolysys
Plant
(Bastardo-PG)
Almacenamiento
Combustión
Almacenamiento en
hidruros metálicos
(Fusina-VE)
Ciclo combinado
alimentado
totalmente por
hidrógeno
(Fusina-VE)
Integración con
renovables
Adriatica,
Diamante
Nuevo sistema de
almacenamiento con
hidruros: test desde
Septiembre 2011
Energía para Chile
19
Adriatica
La experiencia Enel sobre el hidrogeno
salió de la costa Chilena (2007)
Radar y luces de
navegación
Generador hidráulico
Generador eólico
Baterías
Generador solar
fotovoltaico
Generador de
hidrógeno
(electrolizador)
Energía para Chile
Almacenamiento de
hidrógeno
20
Pila de
combustible
Nuevas formas de producir hidrógeno
Ciclos termoquímicos para separar el agua
• Producción directa del sol
Ejemplo: Ciclo Yodo - Azufre
• Alternativo a la electrolisis
• Mejor eficiencia de
conversión en hidrogeno
• Todavía en fase de
desarrollo en laboratorio
Energía para Chile
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Conclusiones
• Solucionar el problema energético del futuro necesita un
enfoque holístico
• Las energías renovables representan una parte importante, no
la única, de la solución
• Oportunidades del uso de las renovables:
 Contribución importante a la generación sostenible y autónoma de
energía para todo el país
 Efectos positivos para el desarrollo económico y social
• Necesidades para un uso masivo de las renovables:
 I+D para reducir el costo de la energía generada
 Precio de venta de energía estable para una porción significativa
de la vida de las plantas
 Inversiones en infraestructuras de redes y en las redes
inteligente con sistemas de almacenamiento energético
 El hidrogeno: una opción posible que necesita todavía de
investigación
Energía para Chile
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THE REAL REVOLUTION
IS NOT TO CHANGE THE WORLD
RATHER THAN CHANGING THE PLANET,
WE HAVE ALWAYS PREFERRED TO CHANGE OURSELVES
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