Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) son los activos más flexibles del sistema eléctrico moderno. Consisten en el bastidor de baterías, el sistema de conversión de energía y la plataforma de control. A diferencia del bombeo hidráulico o del aire comprimido, BESS puede responder a las señales de la red en 100 milisegundos. Esta velocidad los hace invaluables para la regulación de frecuencia primaria. Se espera que la capacidad global de BESS instalada para servicios de red supere los 300 gigavatios-hora para fines de 2027. El rápido tiempo de respuesta de BESS proporciona una contención de frecuencia más rápida y precisa que las reservas giratorias convencionales.
Los operadores de la red mantienen la frecuencia en 60 hercios o 50 hercios equilibrando la generación y la carga en tiempo real. Cuando ocurre una perturbación, la frecuencia se desvía y BESS puede inyectar o absorber energía instantáneamente. Los ingresos por regulación de frecuencia se basan en la capacidad ofrecida y la puntuación de rendimiento del activo. Un BESS de alto rendimiento puede generar un pago por capacidad de 10 a 15 dólares por megavatio-hora de capacidad ofrecida en algunos mercados. La puntuación de rendimiento se calcula en función de la correlación entre la señal de respuesta y la potencia de salida real. Las unidades BESS suelen alcanzar puntuaciones superiores a 0,95 en una escala de 0 a 1.
El sistema de conversión de energía (PCS) es la interfaz entre la corriente continua de la batería y la corriente alterna de la red. El PCS debe manejar el flujo de energía bidireccional y mantener la calidad de la forma de onda de salida. La distorsión armónica total es un parámetro clave y la mayoría de los códigos de red requieren que sea inferior al 3 por ciento. La eficiencia del PCS es fundamental para la eficiencia general de ida y vuelta del BESS. Los diseños actuales de PCS logran eficiencias del 98 al 99 por ciento a plena carga. El método de enfriamiento del PCS suele ser aire forzado o líquido, según la densidad de potencia y las condiciones ambientales.
El fosfato de hierro y litio es la química dominante de BESS debido a su largo ciclo de vida y estabilidad térmica. El ciclo de vida de las celdas LFP a una profundidad de descarga del 80 por ciento suele ser de 6000 a 8000 ciclos. Este rendimiento es superior a la química de níquel-manganeso-cobalto, que es más densa en energía pero tiene un ciclo de vida más corto y un costo más alto. La selección de la celda afecta directamente el rango de temperatura de funcionamiento y la necesidad de refrigeración. Las células LFP pueden funcionar a temperaturas más altas, pero la tasa de degradación aún aumenta con la temperatura. Por lo tanto, se requiere un sistema de gestión térmica robusto independientemente de la química.
La arquitectura de control de un BESS incluye el sistema de gestión de baterías, el sistema de gestión de energía y el controlador de la planta. El sistema de gestión de baterías monitorea el voltaje y la temperatura de cada celda para garantizar un funcionamiento seguro. El sistema de gestión de energía gestiona los comandos de despacho y optimiza el estado de carga. El controlador de la planta se comunica con el operador de la red mediante protocolos como IEC 61850 o DNP3. La latencia del enlace de comunicación es fundamental para la regulación de la frecuencia y los retrasos deben mantenerse por debajo de los 50 milisegundos. A menudo se instalan rutas de comunicación redundantes para garantizar la confiabilidad.
INJET HanCang ofrece un sistema de gestión de energía y conversión de energía totalmente integrado para sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Nuestra plataforma incluye un controlador de alta velocidad que ejecuta comandos de despacho del operador de la red con una latencia inferior a 30 milisegundos. El sistema de gestión de energía de INJET HanCang incluye módulos de previsión que predicen el estado de carga y la carga de refrigeración requerida. Esta integración reduce los requisitos de hardware externo y simplifica el proceso de puesta en servicio. Nuestras unidades PCS están disponibles en potencias nominales desde 1 megavatio hasta 5 megavatios en un solo gabinete.
La estrategia operativa de un BESS se puede adaptar para frenar la degradación de las células. Para la regulación de la frecuencia, la señal de potencia solicitada se puede suavizar para reducir las fluctuaciones de alta frecuencia que causan el envejecimiento acelerado. El sistema de gestión de baterías calcula la resistencia interna de las celdas para estimar el estado de envejecimiento. Al ajustar las tasas de carga y descarga en función de la resistencia interna, el operador puede extender la vida útil de la batería. Esta estrategia se conoce como control consciente de la degradación y se ha demostrado que aumenta la energía total entregada durante la vida útil en un 8 por ciento.
La viabilidad económica de un BESS dedicado a la regulación de frecuencias depende de la estructura del mercado y del panorama competitivo. El coste de capital para un sistema de 20 megavatios y una duración de 1 hora es de aproximadamente 6 a 7 millones de dólares. El costo anual de operación y mantenimiento suele ser del 1,5 por ciento del costo de capital. Los ingresos por regulación de frecuencia son variables y dependen del precio del servicio en tiempo real. En mercados con alta penetración de energías renovables, el precio de la regulación puede dispararse a más de 20 dólares por megavatio-hora. Un BESS bien diseñado puede lograr un período de recuperación de 5 a 7 años según datos históricos de precios.
Los datos de campo de las instalaciones de BESS en el Reino Unido muestran que el tiempo medio de respuesta es de 85 milisegundos. La disponibilidad de estos sistemas supera el 98 por ciento anualmente. La eficiencia del sistema desde la entrada de CA hasta la salida de CA se mide entre 86 y 88 por ciento para un ciclo completo. La tasa de degradación de las celdas en aplicaciones de regulación de frecuencia es menor que en el arbitraje de energía porque la profundidad de la descarga es menor. La profundidad media de descarga para un BESS reglamentado está entre el 20 y el 40 por ciento, lo que prolonga significativamente el ciclo de vida.
El impacto ambiental de BESS está asociado principalmente con la extracción de litio, hierro y fosfato. El proceso de fabricación representa aproximadamente el 40 por ciento de la huella de carbono total del sistema. El reciclaje de celdas de batería es cada vez más común y la tasa de recuperación de litio actualmente supera el 70 por ciento en instalaciones avanzadas. El uso de BESS para la regulación de frecuencia reduce la necesidad de plantas de gas natural en horas pico, lo que reduce las emisiones generales de la red. El efecto neto es una reducción de las emisiones de dióxido de carbono de 300 a 400 kilogramos por megavatio-hora de energía renovable integrada.
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías son la solución más eficaz para la regulación de frecuencia en redes con alta penetración renovable. La velocidad de respuesta, la precisión de la entrega de energía y la escalabilidad de la tecnología los hacen indispensables. INJET HanCang proporciona los sistemas críticos de control y conversión de energía que permiten a BESS funcionar de manera confiable y rentable en estas aplicaciones exigentes.