Centrales Hidroeléctricas Reversibles y la Mejora de la Integración de Renovables

En ciertos países, existe una opinión generalizada de que el ser humano debe reducir su impacto ambiental sobre el planeta. Entre numerosos aspectos, esto afecta a la forma en la que se genera energía eléctrica, recomendándose un cambio de dirección desde tecnologías que utilizan combustibles no renovables como el carbón, el gas o el fuel-oil, hacia tecnologías con fuentes renovables provenientes del Sol, del viento, del agua,…

Este cambio de dirección trae consigo ciertos retos a los que se debe hacer frente en los sistemas eléctricos de cada país. En Europa, se está decidiendo apostar fuertemente por la tecnología renovable eólica, de la que en 2008 había instalados 66.000 MW y de la que se espera en los próximos 6 años alcanzar los 230.000 MW. Esto supondría un incremento del 348% en 12 años.

Pero la generación eólica es una tecnología renovable no gestionable, lo que implica ciertas incertidumbres de disponibilidad. En pocas horas, la generación total de eólica puede disminuir un porcentaje tal que afecte a la calidad y seguridad del suministro, teniendo que ser, el sistema, suficientemente flexible y estar previamente preparado para reaccionar a tiempo.

Las centrales hidroeléctricas reversibles contribuyen a aumentar la flexibilidad del sistema y a mejorar la integración de tecnologías renovables no gestionables como la eólica. Aquéllas son capaces de almacenar la energía sobrante en el sistema, bombeando agua al embalse superior de la central. Estas situaciones de energía sobrante se pueden dar, por ejemplo, en aquellas horas en las que los aerogeneradores deban estar parados por un exceso de generación en comparación con la prevista. Adicionalmente, las centrales hidroeléctricas con bombeo pueden proteger al sistema generando el déficit de energía eólica entre la prevista y la realmente entregada.

La combinación de generación renovable no gestionable (eólica) y renovable gestionable (hidráulica con bombeo) ha sido implantada en la isla de El Hierro, en las Islas Canarias (España) y pretende ser el mix energético principal del abastecimiento de la demanda de la isla, compuesta por 10.892 habitantes.

Bath County Pumped Storage Hydropower Plant - Central hidroeléctrica de bombeo de Bath County

Bath County hydropower plant (BC-PSHP) in Virginia, USA, is the largest pumped storage plant in USA and one of the largest in the World.

 

Commissioned in 1985 and refurbishes in 2004 by Voith Siemens Hydro Power Generation of York, Pennsylvania, BC-PSHP has a 3000-MW installed capacity, formed by six 500-MW Francis turbines. In addition to this, its six 480-MW pumps permit to store up to 2880 MWh each hour.

Maximum discharged water flow of BC-PSHP is 852 m³/s, what allows to empty the upper reservoir (maximum water volume of 13.8 hm³) in around 4.5 hours. Besides, upper reservoir is possible to be fulfilled in a bit more than 5 hours because of its 801 m³/s maximum pumped water flow.

But what is really surprising at first impression is lower reservoir size, smaller than upper: 3.1 hm³.

BC-PSHP is mainly used as a conventional pumped storage hydropower plant, generating electricity at peak hours and storing energy in off-peak hours. However, this operation could be expanded by participating in up-and-coming grid services such as secondary and tertiary regulation reserve.

-----------------------------------------------------------------

La central hidroeléctrica de Bath County (Estado de Virginia, EEUU) es la central de bombeo más grande de Estados Unidos y de las más grandes del mundo.

Puesta en marcha en 1985 y renovada en 2004 por Voith Siemens Hydro Power Generation of York, Pennsylvania, esta central está formada en la actualidad por seis turbinas Francis de 500 MW cada una, lo que supone una potencia total instalada de generación de 3000 MW. Así mismo, tiene una capacidad de bombeo de hasta casi 2880 MW, repartidos en sus seis unidades de bombeo.

Su caudal máximo en modo generación alcanza 852 m³/s, lo que le capacita para desembalsar 3.06 hm³ de agua cada hora (algo más de 3000 millones de litros de agua cada hora). A su vez, llega a bombear 801 m³/s, unos 2.88 hm3 de agua cada hora. De esta manera, se podría llenar el embalse superior (con una capacidad de 13.8 hm³) en algo menos de 5 horas y vaciarlo en 4.5 horas. Por consiguiente, esta central de bombeo se puede considerar de ciclo diario.

Pero lo que realmente sorprende en una primera inspección es la dimensión de su vaso inferior, con 3.1 hm³, inferior al embalse superior.

La central de Bath County es utilizada principalmente para generar energía eléctrica en las horas del día en las que la demanda del sistema es elevada y bombear caudal (almacenar energía) en las horas de baja demanda. Sin embargo, podría ser interesante ampliar la operación de la central para participar en otros servicios tales como la provisión de servicios complementarios de regulación secundaria o terciaria.

Pumped Storage Hydropower Plants in Ireland - Centrales Hidroeléctricas Reversibles en Irlanda

In 2010, the Irish electricity generation portfolio was mostly constituted by thermal power plants with fossil fuel such as coal, natural gas and fuel-oil. However, recently efforts have been made in order to fulfil the 2020 climate and energy package of the European Union, whereby each member must meet at least 20% of its demand from renewable energy sources.

In this Irish context, pumped storage hydropower plants play a significant role because they are not only a renewable energy technology using potential energy from upstream water but also can contribute to a better integration of intermittent renewable technologies such as wind and solar power. For example, when an excess of wind energy happens in the system, reversible hydropower plants are able to store it, pumping water flow upstream.

However, investing in pumped storage hydropower plants could involve large capital costs. For that reason, each project should be studied deeply in order to, at least, guarantee the investment recovery and, ideally, to achieve a minimum profitability.

Finally, several questions are recommended to be answered before any decision: how much annual income is expected by pumped storage hydropower plant operation? How will I operate my pumped storage hydropower plant optimally? Which are the most profitable electricity markets to participate in? In which risks will I be introduced participating in each market? Should a regulated remuneration scheme for pumped storage operation be proposed? What kind of uncertainty do I have to deem?

-----------------------------------------------------------------

En el año 2010, la mayor parte del mix de generación de energía eléctrica irlandés estaba constituido por tecnologías no renovables: carbón, gas y fuel-oil. Sin embargo, en los últimos años se están haciendo esfuerzos en la dirección de cumplir con uno de los llamados objetivos 20-20-20 de la Legislación Europea por el que se debe alcanzar a partir de 2020 una cobertura del 20% de la demanda con tecnologías de generación renovable.

En este contexto irlandés, las centrales hidroeléctricas reversibles pueden jugar un papel muy importante pues, ya no solo es una tecnología renovable que utiliza la energía potencial del agua, sino que puede ayudar a mejorar la integración de otras energías renovables intermitentes como la eólica o la solar.

Esta ayuda se consigue, por ejemplo, en situaciones en las que haya exceso de generación eólica: la central hidroeléctrica reversible podría bombear un cierto volumen de agua al vaso superior y almacenar esta energía sobrante para ser utilizada posteriormente según mejor convenga.

Sin embargo, invertir en centrales hidroeléctricas reversibles lleva asociado unos costes de inversión que pueden ser elevados. Es por eso que se debe estudiar profundamente cada proyecto para garantizar como mínimo la recuperación de la inversión e, idealmente, unos ciertos niveles de rentabilidad.

Finalmente, se podría recomendar haber analizado con detenimiento las respuestas a ciertas preguntas como: ¿Qué ingresos anuales se pueden esperar por la operación de mi central hidroeléctrica reversible? ¿Cómo voy a operar mi central de forma óptima? ¿En qué mercados debo participar y qué riesgos asumiré en cada uno? ¿Se debe establecer un sistema retributivo regulado a la operación de mi central hidroeléctrica reversible? ¿Qué incertidumbres deberían tenerse en cuenta?