Metas
El objetivo final del proyecto XFLEX es aumentar el potencial hidroeléctrico en términos de eficiencia de la planta, disponibilidad y provisión de servicios de flexibilidad para el Sistema de Energía Eléctrica (EPS).
El escenario de altas fuentes de energía renovable (RES) del proceso de descarbonización se basa en un cambio drástico de la EPS de la Unión Europea con una integración masiva de RES no disponible y la desconexión de las llamadas unidades convencionales, como emisores de gases de efecto invernadero. Estos cambios influyen drásticamente en la provisión del equilibrio de la red eléctrica y desafían las operaciones y la seguridad de EPS.
Es de suma importancia brindar soluciones confiables para soportar el EPS con más servicios de flexibilidad. La planta de energía hidroeléctrica (HPP) ya soporta de manera significativa la flexibilidad del EPS en términos de capacidad de regulación, control de frecuencia rápido, arranque/ parada rápidos, transición de generación rápida a modos de bombeo, alta tasa de rampa, emulación de inercia, capacidad de conducción de fallas, etc. XFLEX apunta a demostrar una metodología innovadora para la integración de sistemas de soluciones de tecnología hidroeléctrica, la velocidad variable es un componente clave y una referencia, para brindar servicios de flexibilidad mejorados adicionales evaluados por un análisis transversal de su impacto tanto en la tecnología como en los aspectos del mercado.
En línea con la visión de XFLEX de demostrar soluciones para construir un futuro bajo en carbono y resistente al clima para la combinación del sistema energético.
Los objetivos principales son:
- Demostrar cómo aumentar el potencial de las tecnologías hidroeléctricas para Brindar flexibilidad al sistema de energía eléctrica mientras se logra una eficiencia general promedio anual mejorada de la maquinaria hidroeléctrica, ofreciendo una alta disponibilidad de las plantas de energía hidroeléctrica y maximizando aún más su rendimiento;
- Demostrar la metodología de integración de sistemas de soluciones de tecnología hidroeléctrica, tales como velocidad fija y variable, regulación de la potencia de la bomba, hibridación de baterías, monitoreo avanzado y digitalización, y dibujar el mapa de ruta para el despliegue de la integración de este sistema a todo tipo de plantas de energía hidroeléctricas europeas, corrida de ríos, almacenamiento y almacenamiento por bombeo de todos los tamaños; sea esta existente, actualizada o nueva.
Puntos Destacados
- Liderado por EPFL - Ecole Polytechnique Federale De Lausanne
- La NUEVA R&D lidera WP7 & WP8 correspondientes a los demostradores Alqueva, Alto Lindoso y Caniçada
- La EDP Produção leads WP5, correspondiente al demostrador Frades II.
Demostradores
Las demostraciones se programan en los casos de HPP de almacenamiento de agua corriente, almacenamiento y bombeo, y cubren casos de HPP restaurado, mejorado y especialmente existente para aplicar y escalar a cualquier tamaño de unidad.
- Z'Mutt (Suiza): Planta de almacenamiento por bombeo (PSP) que en la actualidad está equipada con 5 bombas de almacenamiento y es parte del esquema hidroeléctrico Grande Dixence ubicado en el Cantón Valais, en Suiza. El objetivo es reemplazar la unidad actual 5 por una nueva turbina de bomba Francis reversible de velocidad variable y mejorar su rendimiento mediante la implementación del Supervisor de planta de energía inteligente (SPPS);
- FRADES 2 (Portugal): PSPP construida entre 2010 y 2017 en el río Rabagão, en el norte de Portugal, la Central Hidroeléctrica Frades 2 de EDPP está equipada con dos unidades de velocidad variable, compuestas por dos turbinas de bomba junto con 420 generadores de motores MVA. Estas unidades son las máquinas de inducción de doble alimentación más grandes y potentes de Europa, lo que constituye un avance tecnológico considerable para las centrales hidroeléctricas de velocidad variable;
- Grand Maison (Francia): PSPP construida a mediados de los años 80, en los Alpes franceses, la Grand Maison PSP presenta la mayor capacidad instalada de 1'800 MW en Europa. Los reservorios de cabecera y de cola tienen 150 millones de m3 y 15 millones de m3 de capacidad, respectivamente, los corredores de Pelton se elevaron a 170MW;
- Alqueva (Portugal): PSPP parte del complejo Alqueva Dam, una infraestructura que permitió la creación del lago artificial más grande de Europa. La instalación está compuesta por dos centrales hidroeléctricas separadas; Alqueva I, comisionado en 2004, comprende 2 turbinas Francis reversibles con potencias nominales de 129,6MW en modo de generación y 106,9MW en modo de bombeo; Alqueva II fue una renovación de la planta, encargada en 2017, agregando otras 2 turbinas Francis reversibles, con potencias nominales de 130MW en modo de generación y 110MW en modo de bombeo;
- Alto Lindoso & Caniçada (Portugal): la Planta Hidroeléctrica de Almacenamiento Alto Lindoso (SHP), comisionada en 1992, consta de 2 turbinas Francis verticales con una altura destacada bruta entre 227 y 288m y una potencia nominal de 317MW conectada a generadores de 350MVA. Caniçada es una unidad de cabeza mediana de tamaño pequeño, lo que la convierte en un seguidor ideal de Alto Lindoso, complementando los estudios desarrollados en Alto Lindoso para cubrir una gama más amplia de unidades de tamaño y cabeza. La Caniçada SHP se encuentra en funcionamiento desde 1954 y ha sido recientemente renovada en 2017/2018 con 2 turbinas Francis verticales con un excelente rango de carga bruta entre 77 y 121m y una potencia nominal de 35 MW a 300 min-1 cada una, conectada a 37 MVA generadores;
- Vogelgrün (Francia): construido en 1959 en el Gran Canal de Alsacia junto al río Rin, el Vogelgrün es un Run-of-River (RoR) con cuatro unidades Kaplan de baja altura. También incluye dos esclusas de gran importancia para la navegación fluvial internacional con más de 20,000 embarcaciones al año. Las unidades se han utilizado durante mucho tiempo para controlar el flujo y el nivel del agua, mientras que surgen nuevas necesidades de soporte de la red.
NUEVO alcance de R&D
La NUEVA R & D tendrá posiciones centrales y de liderazgo a través del desarrollo del proyecto XFLEX y sus paquetes de trabajo (WP) relativos, en donde, de manera más específica:
- Será responsable de dos de las demostraciones en Portugal: Alqueva y Alto Lindoso, liderando las actividades de instalación y operación, así como liderando las conclusiones alcanzadas por los correspondientes WP7 & WP8;
- Apoyará firmemente a EDP P en el otro demostrador en Portugal, Frades 2;
- Desempeñará un papel importante en WP2, al liderar la definición de casos de uso de negocios para la provisión de servicios de flexibilidad en el sistema de energía;
- Dibujará y actualizará durante el proyecto un plan de gestión de riesgos, que incluya la identificación de riesgos, la planificación de respuesta a riesgos, la calificación y cuantificación de riesgos;
- Participará activamente en la evaluación de los beneficios de las soluciones de flexibilidad desarrolladas en WP 11.
Socios
Hydroelectric Power Plants key assets for the Electrical Power System Flexibility – the XFLEX HYDRO outcome
by Prof. François Avellan, Eng. Dr., EPFL Emeritus Professor, and XFLEX HYDRO Project Scientific Advisor
The European fleet of Hydroelectric Power Plants (HPP) is a key strategic asset enabling to build a low carbon and climate resilient future for the energy system mix across the European continent and to ensure the electricity supply safety for its inhabitants. Indeed, the electrical system is challenged by the increasing reliance on non dispatchable renewable sources, such as solar and wind power, which are subject to weather conditions, as well as market induced imbalances; without mentioning the actual conflictual situation putting at risk the generating assets at the Eastern Europe borders! For facing this challenge and enabling the development of renewable sources, particularly in terms of frequency control, it is key to enhance the Electrical Power System (EPS) "Flexibility", i.e., the ability for the electric power system, and specifically for generating assets, to adjust the operating set point in a controllable manner.
XFLEX HYDRO[1], the European innovation action project has explored the HPP flexibility enhancement opportunities through digitalization, advanced monitoring, battery hybridization, hydraulic short circuit operation and variable speed technologies[2]. Aiming to establish a roadmap for the integration and utilization of these flexible technology solutions in all type of HPPs, i.e., run-of-river, storage and pumped storage of all sizes; being existing, uprated or new, the XFLEX HYDRO project has demonstrated in seven significant European operated HPPs how hydroelectric technologies can be leveraged to provide flexibility to the Electric Power System (EPS) while improving overall efficiency, ensuring high availability of Hydroelectric Power Plants (HPP), and maximizing their performance.
In Portugal, EDP operated demonstrators are the pumped storage power plant PSP Alqueva, the storage hydro power plants SHP Alto Lindoso and SHP Caniçada, and the variable speed pumped storage power plant PSP Frades II. In Switzerland, ALPIQ operated demonstrator is the pumped storage power plant PSP Z’Mutt, which is a part of the Grande Dixence hydroelectric scheme, specifically the Z’MUTT variable speed pump turbine unit 5. In France, EDF operated demonstrators are the run-of-river power plant ROR Vogelgrün on the Rhine River and the largest European pumped storage power plant, PSP Grand Maison in the Alps. The seven HPPs for the demonstration of hydro flexible technology are scheduled by the XFLEX HYDRO partner utilities (ALPIQ, EDF, EDP) to implement specific features in each HPP, covering the full range of flexibility technologies to be demonstrated.
The EPS flexibility time horizon spans from milliseconds for electrical short circuit response, to several seconds for frequency support, and up to hours or even years for long term energy storage. XFLEX HYDRO has surveyed these EPS flexibility time horizons to establish a comprehensive framework for flexibility and the EPS support services, "Ancillary Services", that the HPPs can offer. The technical requirements associated with these Ancillary Services are investigated, along with the placement of these services within current and emerging market mechanisms. The XFLEX HYDRO identified ancillary services that HPP can provide are the following:
• Synchronous Inertia
• Synthetic Inertia
• Fast Frequency Response (FFR)
• Frequency Containment Reserve (FCR)
• Automatic Frequency Restoration Reserve (aFRR)
• Manual Frequency Restoration Reserve (mFRR)
• Replacement Reserve (RR)
• Voltage/Reactive Power
• Black Start
The system integration of hydroelectric flexible technology solutions enabling advanced unit control and maintenance, enhanced range of head values, and an extended power regulation range from full pumping to full generating demonstrates the HPP's ability to support the evolving EPS flexibility needs and to provide this portfolio of identified ancillary services. XFLEX HYDRO delivered to the industry a comprehensive sorting matrix[3], [4] developed to compare HYDRO technologies with flexibility services within current and emerging market mechanisms. However, even XFLEX HYDRO successfully unlocked hydroelectric flexible technology implementation challenges, the legal and market frameworks need to be setup, still, either at the regional or the European levels to take full benefit of the existing European HPP fleet.
References
[1] The Hydropower Extending Power System Flexibility (XFLEX HYDRO) project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 857832.
[2] Jean-Louis Drommi and François Avellan, “Towards enhanced power system flexible services, XFLEX HYDRO paves the way”, IAHR Hydrolink Magazine, 2023-2 Hydropower. Towards enhanced power system flexible services, XFLEX HYDRO paves the way (iahr.org)
[3] XFLEX HYDRO Consortium, “Deliverable D2.2: Business Use Cases for the Provision of Flexibility Services by Hydropower”, XFLEX HYDRO Public Deliverable, July 5, 2021.
[4] XFLEX HYDRO Consortium, “Deliverable D2.3: Identification of flexibility services and standardisation”, XFLEX HYDRO Public Deliverable, March 20, 2023. Ancillary Services Matrix - Stage 2.
Comparta en las redes sociales:
