Planta de energía en pico

Kearny Generating Station , una antigua planta de energía de carga base de carbón , ahora un pico de gas, en el río Hackensack en Nueva Jersey

Las plantas de energía pico , también conocidas como plantas pico , y ocasionalmente sólo "pico", son plantas de energía que generalmente funcionan solo cuando hay una alta demanda, conocida como demanda pico , de electricidad . ^{[1] [2] [3] [4]} Debido a que suministran energía solo ocasionalmente, la energía suministrada tiene un precio mucho más alto por kilovatio hora que la energía de carga base . Las plantas de energía de carga máxima se envían en combinación con las plantas de energía de carga base , que suministran una cantidad confiable y constante de electricidad para satisfacer la demanda mínima.

Aunque históricamente las plantas de energía de pico se usaban con frecuencia junto con las plantas de carga base de carbón, las plantas de pico ahora se usan con menos frecuencia. Las plantas de turbinas de gas de ciclo combinado tienen dos o más ciclos, el primero de los cuales es muy similar a una planta de pico, y el segundo funciona con el calor residual del primero. Ese tipo de planta a menudo es capaz de ponerse en marcha rápidamente, aunque con una eficiencia reducida, y luego, durante algunas horas, pasar a un modo de generación de carga base más eficiente. Las plantas de ciclo combinado tienen un costo de capital por vatio similar al de las plantas de picos, pero funcionan durante períodos mucho más largos, usan menos combustible en general y, por lo tanto, proporcionan electricidad más barata.

A partir de 2020, las turbinas de gas de ciclo abierto dan un costo de electricidad de alrededor de $ 151-198 / MWh. ^[5]

Horas pico

Las horas pico generalmente ocurren en la mañana o al final de la tarde / noche, dependiendo de la ubicación. En climas templados, las horas pico a menudo ocurren cuando los electrodomésticos se usan mucho por la noche después de las horas de trabajo. En climas cálidos, el pico suele ser al final de la tarde cuando la carga del aire acondicionado es alta, durante este tiempo muchos lugares de trabajo siguen abiertos y consumen energía. En climas fríos, el pico es por la mañana cuando la calefacción de espacios y la industria están comenzando. ^[6]

Una planta de pico puede operar muchas horas al día, o puede operar solo unas pocas horas al año, dependiendo de la condición de la red eléctrica de la región . Debido al costo de construir una planta de energía eficiente, si una planta de pico solo va a funcionar por un tiempo corto o muy variable, no tiene sentido económico hacerla tan eficiente como una planta de energía de carga base. Además, el equipo y los combustibles utilizados en las plantas de carga base a menudo no son adecuados para su uso en las plantas de mayor actividad porque las condiciones fluctuantes someterían a un gran esfuerzo al equipo. Por estas razones, la energía nuclear , la conversión de residuos en energía , el carbón y la biomasa rara vez, o nunca, se operan como plantas de pico.

Producción de energía en Alemania durante un día en 2005, sin energía solar ni eólica

Energía renovable

A medida que los países tienden a alejarse de las plantas de carga base alimentadas con combustibles fósiles y optar por fuentes de energía renovables pero intermitentes , como la eólica y la solar, existe un aumento correspondiente en la necesidad de sistemas de almacenamiento de energía de la red , como alternativas renovables para construir más picos o cargas posteriores a la energía. plantas. Otra opción es una distribución más amplia de la capacidad de generación, mediante el uso de interties de red, como los Intertie Paths del WECC .

Tipos

Las plantas de peaker son generalmente turbinas de gas o motores de gas que queman gas natural . Algunos queman biogás o líquidos derivados del petróleo , como el gasóleo y el combustible para aviones , pero generalmente son más caros que el gas natural, por lo que su uso se limita a áreas que no se abastecen de gas natural. Sin embargo, muchas plantas pico pueden usar petróleo como combustible de respaldo, ya que almacenar aceite en tanques es fácil. La eficiencia termodinámica de las centrales eléctricas de turbinas de gas de ciclo simple oscila entre el 20 y el 42%, siendo entre el 30 y el 42% el promedio para una nueva planta.

Para una mayor eficiencia, se agrega un generador de vapor de recuperación de calor (HRSG) en el escape. Esto se conoce como planta de ciclo combinado . La cogeneración utiliza el calor residual de escape para procesos, calefacción urbana u otros usos de calefacción. Ambas opciones se utilizan solo en plantas que están destinadas a funcionar durante períodos más largos de lo habitual. Los generadores de gas natural y diésel con motores alternativos a veces se utilizan para el soporte de la red utilizando plantas más pequeñas.

Otra opción para aumentar la eficiencia y la potencia de salida en las turbinas de gas es instalar un sistema de enfriamiento del aire de entrada de la turbina , que enfría la temperatura del aire de entrada aumentando la relación de flujo másico. Esta opción, en combinación con un tanque de almacenamiento de energía térmica , puede aumentar la potencia de salida de la turbina en períodos pico hasta en un 30%. ^[7]

BPA Carga máxima diaria con gran generación térmica de carga hidro / base y energía eólica intermitente. Hydro está gestionando los picos, con alguna respuesta de la térmica. ^[8]

Las represas hidroeléctricas son intencionalmente variables; pueden generar menos fuera de las horas pico y responder rápidamente a las demandas pico, por lo tanto, la hidroelectricidad puede funcionar como una planta de seguimiento de carga o una planta de pico y con suficiente agua, una planta de carga base. Las turbinas de gas natural o el almacenamiento por bombeo se utilizan a menudo cuando no hay suficiente energía hidroeléctrica para responder a las variaciones diarias y semanales en la generación y el consumo. ^[9] No es inusual que una presa se construya con más capacidad de la que puede sostener el suministro de agua, lo que permite una producción máxima más alta. Mejorar el equipo en las represas existentes puede ser una de las formas menos costosas de aumentar la generación pico. ^[10]La capacidad de variar la cantidad de electricidad generada a menudo está limitada por el requisito de que se satisfagan los caudales mínimos o máximos aguas abajo. ^[11]

La hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo es la forma de almacenamiento de energía de la red de mayor capacidad disponible, que se utiliza para promediar las demandas eléctricas pico y no pico. El sitio almacena energía utilizando el potencial gravitacional del agua almacenada en un depósito. Se utiliza energía eléctrica de bajo costo fuera de las horas pico de carga base o fuentes intermitentes para bombear agua a baja altura para almacenarla en un depósito de alta elevación. Durante períodos de alta demanda eléctrica, el agua almacenada se libera a través de turbinas para producir energía eléctrica. Los tiempos de inicio son solo de unos minutos y algunos pueden comenzar en unas pocas decenas de segundos.

Las baterías se utilizan en algunos casos donde las condiciones lo favorecen para un flujo suave (evitando una costosa actualización de la línea de energía), así como para suministrar energía pico ^{[12] [13]} y otros servicios de la red ^[14] como reserva operativa , a veces en configuración híbrida con turbinas ^[15] o motores diesel. La energía de la batería es, con mucho, la respuesta más rápida de todas las centrales eléctricas y puede responder a las condiciones de la red en escalas de tiempo de milisegundos, lo que brinda a los equipos de respuesta más lenta la oportunidad de reaccionar ante cortes.

El almacenamiento por bombeo y las baterías son consumidores netos, ya que no tienen una fuente de energía inherente, y la conversión entre electricidad y almacenamiento y viceversa genera algunas pérdidas.

Las plantas termosolares pico se propusieron en 2017, en virtud de una adjudicación del Departamento de Tecnología Energética 2 Market ^[16] de los EE. UU. A Hank Price de SolarDynamics, cuyo artículo "Dispatchable Solar Power Plant" ^[17] propuso utilizar el almacenamiento de energía térmica inherente a una energía solar térmica. energíaplanta de energía, que permite que esta forma de energía solar a base de calor se genere como un pico de gas, suministre energía a pedido de día o de noche y, a cambio, sea controlada por la empresa de servicios públicos y pagada en pagos de capacidad para que esté disponible cuando sea necesario, como un tradicional planta pico. Una planta de energía solar térmica produce electricidad en una planta de energía de ciclo de vapor como una planta de energía tradicional, pero el calor para el vapor es suministrado por energía solar que calienta un material como las sales fundidas y almacena el calor hasta que se necesita para producir vapor para la generación de energía.

Plantas de energía de carga base

Los opuestos de las plantas de pico son las plantas de energía de carga base . Las plantas nucleares y de carbón generalmente operan de manera continua, deteniéndose solo por mantenimiento o cortes inesperados. El alto costo por vatio de la energía nuclear y otros problemas técnicos los hacen relativamente costosos y difíciles de usar para el seguimiento y el pico de carga.

Las centrales eléctricas de carga intermedia como la hidroeléctrica operan entre estos extremos, reduciendo su producción en las noches y fines de semana cuando la demanda es baja. Las plantas de carga base e intermedias se utilizan preferentemente para satisfacer la demanda eléctrica porque las eficiencias más bajas de las plantas de pico hacen que su operación sea más cara. ^[2]

Ver también

• Energía geotermica
• Lista de proyectos de almacenamiento de energía
• Red inteligente
• Vehículo a red
• Refrigeración por aire de entrada de turbina
• Carga siguiente planta de energía

Referencias

1. Sistemas de energía eléctrica renovables y eficientes por Gilbert M. Masters
2. "Plantas en pico" . Oglethorpe Power Corporation. Archivado desde el original el 1 de noviembre de 2009 . Consultado el 22 de agosto de 2016 .
3. "Estaciones pico de electricidad" . Clarke Energy . Consultado el 6 de agosto de 2019 .
4. "Plantas de picos | Estaciones de picos de electricidad con motores de gas" . Edina . Consultado el 18 de febrero de 2020 .
5. https://www.lazard.com/perspective/levelized-cost-of-energy-and-levelized-cost-of-storage-2020/
6. Dennis R. Landsberg, Ronald Stewart: Improving Energy Efficiency in Buildings pg 284 books.google.ca , consultado el 16 de noviembre de 2019
7. Kamal NA, Zuhair AM (2006). Mejora de la potencia de la turbina de gas mediante la refrigeración del aire de entrada . Sudán Eng. Soc. J., 52 (4-6): 7-14.
8. "Carga de autoridad de equilibrio de BPA y generación eólica total" . Transmission.bpa.gov . Consultado el 16 de noviembre de 2019 .
9. "La sequía de California conduce a menos energía hidroeléctrica, aumento de la generación de gas natural - hoy en energía - Administración de información de energía de Estados Unidos (EIA)" . www.eia.gov . Consultado el 16 de noviembre de 2019 .
10. Recuperación: gestión del agua en la energía hidroeléctrica del oeste www.usbr.gov , consultado el 16 de noviembre de 2019
11. "NC DEQ: unidad de flujo de entrada" . deq.nc.gov . Consultado el 16 de noviembre de 2019 .
12. "Mitsubishi Electric ofrece un sistema de almacenamiento de energía de alta capacidad a la subestación Buzen de Kyushu Electric Power" . Revista EQ Int'l . 4 de marzo de 2016 . Consultado el 24 de enero de 2017 . La instalación ofrece capacidades de almacenamiento de energía similares a las de las instalaciones hidroeléctricas de bombeo al tiempo que ayuda a mejorar el equilibrio de la oferta y la demanda.
13. Lambert, Fred (23 de enero de 2017). "Tesla pone silenciosamente en línea su enorme estación Powerpack de 80 MWh, la más grande del mundo, con Southern California Edison" . Electrek . Consultado el 24 de enero de 2017 . capacidad de 20 MW / 80 MWh. el sistema se cargará usando electricidad de la red durante las horas de menor actividad, cuando la demanda es baja, y luego entregará electricidad durante las horas pico
14. Shallenberger, Krysti (30 de noviembre de 2015). "5 proyectos de almacenamiento de energía en baterías a seguir en 2016" . Buceo utilitario . Consultado el 24 de enero de 2017 . administre la demanda durante los períodos pico, proporcione energía de respaldo confiable y reduzca los cargos por demanda pico durante el día. El proyecto también apunta a vender regulación de frecuencia. La empresa de servicios públicos está aprovechando múltiples corrientes de valor
15. "Dentro de la primera planta híbrida Peaker de GE y SoCal Edison con baterías y turbinas de gas" . 2017-04-18 . Consultado el 19 de abril de 2017 . dos turbinas de gas híbridas eléctricas (EGT). Cada planta de pico está en el rango de 50 megavatios y está equipada con un conjunto de baterías capaces de proporcionar 10 megavatios y 4 megavatios-hora de energía. El truco aquí es cómo se coordina el sistema de control, por lo que desde el punto de vista de la operación de la red, se ve una caja negra que entrega energía como la necesitan, cuando la necesitan.
16. "Tecnología para el mercado | Departamento de energía" . energy.gov . Consultado el 9 de enero de 2018 .
17. Precio de Hank, David Kearney, Frederick Redell, Robert Charles, Frederick Morse. Planta de energía solar desechable (PDF) . SolarPACES (Informe) . Consultado el 8 de enero de 2018 .