Proyectos comerciales de almacenamiento de energía en baterías con respaldo

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) es una unidad electroquímica que almacena energía procedente de la red y luego la descarga en un momento posterior para alimentar cargas eléctricas.
El almacenamiento de energía en baterías de iones de litio se considera uno de los más eficientes.


Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías a escala comercial se usan para gestionar el suministro eléctrico o brindar servicios a la red son una solución nueva cada vez más popular. Su creciente popularidad surge del aumento de la necesidad de flexibilidad, estabilidad y previsibilidad de las centrales eléctricas renovables unida a la rápida disminución de los costes de la tecnología de las baterías. En consecuencia, en los últimos años ha cobrado mayor importancia el papel que desempeñan los BESS en los sistemas eléctricos.
En la actualidad, con la implementación de los BESS, ya se pueden resolver varias problemáticas. Una de ellas es suministrar energía en caso de interrupciones del suministro eléctrico, lo que analizaremos con más detalle en este artículo.

¿Qué son los BESS y cuáles son sus aplicaciones?

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) es una unidad electroquímica que almacena energía procedente de la red y luego la descarga en un momento posterior para su suministro.
El almacenamiento de energía en baterías de iones de litio se considera uno de los más eficientes.

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías a escala comercial para gestionar el suministro eléctrico o brindar servicios a la red son una solución nueva cada vez más popular.

¿Para qué se utiliza un BESS?

        • Ausencia de energía de la red. Un BESS depende del tipo de sistema. Puede proporcionar energía en respuesta a cambios o caídas de frecuencia y tensión, en caso de que la energía de la red sea insuficiente. Esto ayuda a evitar inversiones costosas en reconstruir los sistemas de transmisión y distribución.
        • El balance energético reduce la factura eléctrica del consumidor al almacenar energía en los periodos valle, cuando los precios de la electricidad son bajos, para utilizarla más tarde en las horas punta, cuando los precios de la electricidad son altos.
        • Con fuente de energía solar (VDE)
          Las fuentes de energía renovables cada vez tienen mayor influencia en las redes eléctricas nacionales, por lo que se están creando requisitos más estrictos para mejorar la previsibilidad de dichos sistemas. Una opción es añadir un sistema de almacenamiento de energía a la estación solar. Un sistema de almacenamiento de energía puede ayudar a equilibrar el sistema y evitar que se generen sobretensiones en la red.
        • BESS con respaldo (desconectado de la red)
          Utilice un BESS con respaldo (modo desconectado de la red) en lugares donde los cortes de electricidad sean frecuentes o se necesiten varias fuentes de alimentación.
          A diferencia de un sistema independiente, un BESS con respaldo también puede utilizar la energía de la batería para gestionar el consumo.

Veamos en más detalle cuáles son las posibilidades de utilizar un BESS con respaldo. ¿Por qué colocamos a los BESS con respaldo en una categoría independiente? Porque un sistema de almacenamiento de energía no siempre implica que sea posible un funcionamiento desconectado de la red, así como una central de energía solar no puede generar electricidad sin una red y, de hecho, garantizar la operación de respaldo no siempre es necesario.

Los sistemas que pueden funcionar sin red son más caros.
Otro reto es que los sistemas desconectados de la red son bastante singulares y antes había un número limitado de soluciones que podían aplicarse al sector comercial. Algunas instalaciones industriales contaban con equipos fabricados específicamente para las mismas.
El sector comercial está empezando a aprovechar y ampliar la experiencia derivada del desarrollo y la demanda de sistemas de almacenamiento de energía para resolver problemas en el sector residencial.
Los fabricantes y las tecnologías en desarrollo han empezado a ofrecer soluciones de sistemas de almacenamiento de energía que pueden funcionar en modo de desconexión parcial o total de la red.

¿Cuál es la diferencia entre un BESS en el sector privado, que es bastante común, y en el sector comercial? – Hay diferencias de escala y responsabilidades. Las soluciones que empiezan a utilizarse en el sector comercial se enfrentan a nuevos retos derivados de la escala, como la protección contra incendios, la refrigeración, la prevención de fugas térmicas, el mantenimiento, etc.
Con el desarrollo de los BESS y sus distintas ramas, pronto podremos lograr avances significativos en la transformación de las fuentes de energía renovables de no gestionables a gestionables, lo que reducirá el impacto de las centrales de carbón en el medio ambiente.

Componentes y funciones de los BESS

Un BESS consta de distintos componentes. Estos son los principales:

        • Sistema de baterías
          La batería es el componente principal del sistema de almacenamiento de energía en baterías. La batería almacena energía para suministrarla cuando sea necesario. Una batería consta de celdas de litio que forman un bloque y varios bloques conectados forman un módulo de batería. Varios módulos conectados en serie (la disposición más frecuente) alcanzan la tensión requerida en un rack de baterías. Los racks de baterías se conectan en paralelo para obtener la capacidad necesaria formando un sistema de energía con baterías que puede adaptarse a diferentes configuraciones, como un sistema de bloques, contenedor, etc.
          En función de la tensión y la potencia requeridas, se combinan conexiones en paralelo y en serie para obtener el sistema que se necesita
Componentes de un sistema de batería en contenedor
      • Sistema de gestión de baterías (BMS)
        El componente de batería de litio del BESS debe ser gestionado por un BMS (sistema de gestión de baterías). El BMS es el cerebro del sistema de baterías, cuya función principal es proteger la batería de posibles daños en distintos modos de funcionamiento. El BMS debe garantizar que la batería funciona dentro de unos intervalos determinados para los parámetros críticos, entre los que se incluyen:
            • Estado de carga (SoC)-
            • Estado de salud (SoH)
            • Tensión (V)
            • Temperatura (°C)
            • Corriente (A)
              El control de estos importantes parámetros ayuda a evitar incendios, sobrecargas, cortocircuitos, desequilibrios, etc.
      • Un BMS diseñado adecuadamente es un componente esencial del sistema de almacenamiento de energía en baterías y garantiza la seguridad de la batería y una larga vida útil en cualquier BESS de litio.
      • Sistema de conversión de potencia (PCS) o inversor híbrido
        Un BESS almacena y suministra energía en corriente continua (CC), mientras que la red funciona con corriente alterna (CA), como la mayor parte de las cargas. Para suministrar energía desde el BESS a la red (cargas) y cargar el BESS desde la red, se necesita un sistema de conversión de potencia (PCS) o un inversor híbrido. Puede tratarse de un sistema completo que se compone de varios tipos de inversores. Un PCS o inversor híbrido es más complejo que la mayoría de los inversores porque debe convertir en dos direcciones: de CC a CA y de CA a CC. Los sistemas PCS más complejos deben poder cargar el sistema desde la red y alimentarlo a la red.
        El tipo de PCS o inversor híbrido determina casi por completo qué tareas realizará el sistema, si será un sistema para estabilizar una red débil, un sistema con capacidad para trabajar en modo de desconexión de la red o un sistema que proporcionará servicios a la red. El PCS o inversor híbrido tiene una conexión estable con el BESS y participa en su gestión. Dependiendo de la configuración, se controlará hasta qué nivel, cuándo y con qué frecuencia se descargarán y cargarán las baterías.
        Es importante conocer los dos tipos de configuraciones del sistema de conversión de potencia. Acoplado a CA y acoplado a CC.
        En las centrales de energía solar con BESS combinados, se ofrecen las dos posibilidades. Los sistemas acoplados a CA utilizan un BESS conectado en paralelo al sistema solar fotovoltaico en el lado de CA.
        En los sistemas acoplados a CC, los paneles solares fotovoltaicos y el BESS están conectados en el lado de CC.

Ejemplo de diagrama unifilar acoplado a CA y acoplado a CС

      • Otros (generador opcional)

Dependiendo del tamaño del sistema y de sus funciones, el BESS puede incluir sistemas como calefacción, ventilación, aire acondicionado, monitorización, extinción de incendios, SCADA, etc. También cabe destacar que es bastante común combinar el BESS con energías renovables.

Seguridad

Las baterías de iones de litio (Li-ion) son bastante seguras y su uso está muy extendido. Se utilizan en muchos dispositivos eléctricos para garantizar su funcionamiento autónomo. A pesar de la gran capacidad que tienen las baterías, es necesario seguir pautas específicas para garantizar la máxima seguridad y el funcionamiento del sistema a largo plazo.


Las celdas de las baterías de iones de litio (Li-ion) pueden experimentar una reacción química conocida como fuga térmica. No requiere oxígeno ni una llama visible si se produce dentro de un conjunto de celdas muy apretadas. Si no se soluciona mediante dispositivos de protección del sistema, este proceso puede seguir aumentando la temperatura y la presión hasta romper la celda de la batería, lo que a su vez puede liberar gases explosivos. Si la fuga térmica se propaga a través de un módulo, pueden acumularse gases inflamables dentro del BESS, lo que generará las condiciones para que se produzca una explosión. La fuga térmica también puede deberse a la exposición al sobrecalentamiento provocado por un incendio convencional.

Es importante señalar que los métodos estándar para minimizar los incendios convencionales, como apagar la ventilación y utilizar agentes de extinción de incendios limpios para enfriar o privar al fuego del oxígeno, pueden empeorar el riesgo de explosión al permitir que aumenten las concentraciones de gases explosivos. Por ello, los sistemas de emergencia y los protocolos de respuesta ante emergencias deben estar diseñados para extinguir los incendios y ventilar los recintos, según sea necesario, antes de entrar en ellos.


Recomendamos incluir en su BESS (dependiendo de la escala) el siguiente sistema (IMPORTANTE: todas las medidas de seguridad del sistema deben cumplir las normas nacionales y estar diseñadas por ingenieros cualificados con las certificaciones adecuadas):

        • Sistemas de detección de peligros
        • Prevención de fugas térmicas
        • Extinción de incendios
        • Protección contra fallas a tierra
        • Estudio de explosiones


IMPORTANTE EN CASO DE EMERGENCIA DE LOS SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN BATERÍAS (BESS)
Si se produjeran daños o un incendio en los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS):

        • Siempre asuma que las baterías y los componentes asociados están energizados y completamente cargados.
        • Las fichas de datos de seguridad (SDS) pueden proporcionar información importante sobre la composición química de las baterías.
        • Los componentes eléctricos, cables y baterías expuestos presentan riesgos potenciales de descarga eléctrica.
        • Durante los incidentes que afecten a un BESS, el personal de respuesta debe seguir los siguientes pasos: IDENTIFICAR (la ubicación y el tipo de sistema), APAGAR el BESS si es necesario, TENER CUIDADO con la alta tensión y otros riesgos.
        • Utilice el EPI completo y desvíe la mirada cuando maneje los dispositivos de desconexión para protegerse de posibles lesiones por arco eléctrico.
        • Localice al personal del edificio responsable del sistema y/o localice los números de contacto de emergencia.
        • Prepárese para controlar los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado para evitar la propagación de humo y gases tóxicos/inflamables.

Mantenimiento

Un mantenimiento adecuado, mantener las baterías a la temperatura adecuada, la calibración constante del sistema, así como la supervisión y el análisis de los datos le ayudarán a evitar daños y garantizarán un funcionamiento óptimo y una larga vida útil del sistema.
Los principales indicadores que deben observarse continuamente para un mantenimiento satisfactorio son:

        • Es necesario mantener el rango de temperaturas adecuado en la sala donde se encuentran las baterías. Las temperaturas altas pueden dañar las celdas de las baterías o reducir los ciclos restantes. Para ello, caliente las instalaciones en invierno y utilice aire acondicionado en verano.
        • Asegúrese de que el sistema está correctamente configurado y calibrado. Para que el sistema funcione correctamente, es importante que lo haga con eficacia, por ejemplo los parámetros de los niveles de descarga y carga deberán estar debidamente configurados para evitar la descarga por debajo de un nivel seguro o la sobrecarga.
        • La supervisión y el análisis son medidas importantes para el correcto funcionamiento y mantenimiento de un BESS. Mediante el control de los indicadores del sistema, sus modos y notificaciones, es posible detectar a tiempo posibles riesgos y tomar medidas.
        • Realizar tareas de mantenimiento con regularidad también es necesario para el buen funcionamiento de un BESS. Entre ellas se incluyen la limpieza rutinaria del sistema, la sustitución de los componentes desgastados o dañados y la realización de pruebas de capacidad de las baterías para garantizar su capacidad de almacenamiento eficiente y continua. Los inversores del sistema del sistema pueden calibrarse para garantizar que el BESS pueda convertir de manera eficaz la energía de CC almacenada en las baterías en energía de CA. La reducción del suministro auxiliar también puede aumentar significativamente la eficacia del sistema.

¿Qué soluciones para proyectos comerciales puede ofrecer Solarity en la actualidad?

Huawei – BESS

El BESS de Huawei puede utilizarse para alimentar redes eléctricas, contribuir a la fiabilidad de la red y almacenar el exceso de energía eléctrica para su posterior utilización.
Esta solución puede utilizarse para lo siguiente:

        • Arbitraje: El sistema puede utilizarse para cargar la batería con los precios de mercado están más bajos y descargarla cuando el precio es más alto (por ejemplo, durante las horas punta).
        • Capacidad firme o capacidad de pico: Los operadores del sistema deben asegurarse de que disponen de un suministro adecuado de capacidad de generación para satisfacer de forma fiable la demanda durante los periodos de mayor demanda de un año determinado, conocidos como demanda máxima.
        • Reservas operativas y servicios auxiliares: Para mantener un funcionamiento fiable del sistema eléctrico, la generación debe coincidir exactamente con la demanda de electricidad en todo momento. Las distintas categorías de reservas operativas y servicios auxiliares funcionan en diferentes escalas de tiempo, desde milisegundos hasta varias horas, y todas ellas son necesarias para garantizar la fiabilidad de la red.
        • Aplazamiento de las mejoras de transmisión y distribución: La infraestructura de transmisión y distribución de la red eléctrica debe dimensionarse para satisfacer los picos de demanda, que pueden producirse solo durante unas pocas horas al año.
Solución Smart String ESS de FusionSolar
FusionSolar ofrece la solución Smart String ESS para ayudar a los clientes a supervisar, gestionar y optimizar los BESS a nivel de bloque y de rack de baterías. La solución está diseñada con múltiples capas de protección de seguridad. Es posible construir un sistema a partir de 2 MWh.

Victron + Pylontech

Con inversores Victron y baterías Pylontech puede construirse un BESS para pequeñas instalaciones comerciales. Sistemas pequeños y medianos con una potencia de hasta 90 kW y una capacidad de varios MWh. Estos sistemas son suficientes para pequeñas empresas, oficinas y tiendas. Los inversores Victron permiten construir un sistema con respaldo que puede alimentar energía fotovoltaica a la red, gestionar el consumo y almacenar la energía sobrante.
Sistema trifásico de 45 kW con una batería de 72 kWh de capacidad

Deye + Pylontech

Los inversores híbridos DEYE se construyen basándose en inversores de conexión a red, gracias a los cuales es posible construir una planta de energía solar con un sistema de almacenamiento. El inversor híbrido DEYE más potente es el SUN-50K-SG01HP3-EU-BM4, que tiene una potencia de 50 kW. Estos inversores pueden conectarse hasta a 10 unidades en paralelo, lo que permite construir una planta híbrida/desconectada de la red de 500 kW. Es posible conectar a esta estación baterías de hasta varias decenas de MWh de capacidad.
Diagrama individual de funcionamiento de un inversor híbrido Deye

Work modes

Autor: Oleksandr Lashchenko, Technical Support UA

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