En una era marcada por la transición global hacia fuentes de energía renovables, ha surgido un pionero definitivo: Sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Estos presagios del progreso tecnológico nos permiten almacenar energía valiosa generada a partir de fuentes de energía para su uso posterior, reforzando así la eficiencia de la red.
Hoy en día, las instalaciones de infraestructura crítica se enfrentan a problemas como cortes de energía, incumplimientos breves de la frecuencia o el voltaje de los servicios públicos y facturas de servicios públicos disparadas. Con el rápido avance de la tecnología, han surgido nuevas soluciones. Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías se destacan como una solución prometedora para reducir los costos de los servicios públicos y abordar rápidamente los problemas de estabilización de energía. Estos sistemas están atrayendo cada vez más atención, particularmente a la luz de la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) aprobada por el gobierno de Estados Unidos. Esta ley fomenta tanto la fabricación de componentes de almacenamiento de baterías como su instalación. Los consumidores de sistemas de almacenamiento de energía en baterías se dividen principalmente en tres categorías: residencial, de servicios públicos y comercial/industrial. En este post nos concentraremos en aplicaciones para consumidores comerciales/industriales.
COMPONENTES DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE BATERÍA
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías son mecanismos dinámicos que transforman la energía CC (corriente continua) almacenada en energía CA (corriente alterna) utilizable. Multitud de componentes colaboran meticulosamente para preservar las condiciones de funcionamiento de la batería, conversión de energía y control del sistema, que se encarga de sincronizar los procesos de carga y descarga de la batería. Los componentes principales del sistema se analizan en la sección siguiente.
RECINTO
El recinto de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías juega un papel clave dentro de un sistema de almacenamiento de baterías, protegiendo las baterías.
Se pueden encontrar dos formas centrales de protección. El primero es la exclusión de la vida silvestre, mientras que el segundo implica el manejo de la temperatura del sistema de enfriamiento. El rendimiento óptimo exige el mantenimiento de la temperatura dentro de límites específicos para las baterías.
Otra función importante del recinto está relacionada con la seguridad. La aparición de eventos térmicos, caracterizados por cortocircuitos internos en las celdas de la batería, puede provocar incendios en la batería e incluso hacer que se propague a otras baterías. Si no se controla, todo el sistema puede verse envuelto en llamas. Aunque los fabricantes de baterías diseñan baterías con numerosas redundancias de seguridad para mitigar la fuga térmica, el riesgo no se puede erradicar por completo. El elemento de seguridad final del recinto es un sistema de extinción de incendios, que se activa en función de la temperatura o la detección de gas dentro del recinto.
INTERCONECTIVIDAD DEL BUS DC
Un elemento de diseño clave para los sistemas de almacenamiento de energía en baterías que utilizan múltiples gabinetes de baterías es la interconexión del bus de CC de una sección a otra. Esto es crucial para abreviar el tiempo de configuración del sistema y, en consecuencia, reducir el gasto total de instalación.
Los bastidores de baterías alojados dentro de los gabinetes establecen una conexión a partir de los terminales del sistema de administración de baterías (BMS) hasta el bus de CC encapsulado dentro del gabinete.
Los avances en el diseño de gabinetes ahora incorporan enlaces de bus de CC externos desde ambos lados, lo que sirve para acelerar el proceso de instalación.
GESTIÓN TÉRMICA DE BATERÍAS DE IONES DE LITIO
Una característica fundamental dentro de los sistemas de almacenamiento de energía de baterías es su capacidad para enfriar de manera efectiva. Los fabricantes de baterías de iones de litio recomiendan mantener la temperatura de la batería a 23°C constantes, con una variación permitida de +/- 2 grados. Cualquier desviación de temperatura puede influir significativamente en el funcionamiento y la vida útil de la batería.
Las temperaturas que caen por debajo de los 23 grados perjudican la capacidad de descarga de las baterías.
DOS TIPOS DE SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
Los sistemas de refrigeración se dividen predominantemente en dos categorías: refrigeración por aire forzado y refrigeración líquida.
1. Refrigeración por aire forzado.
La refrigeración por aire forzado fue la solución preferida en las etapas iniciales de los diseños de almacenamiento de baterías debido a su costo económico y diseño sencillo. Funcionó razonablemente bien para mantener las temperaturas sugeridas de la batería. Sin embargo, a medida que estos primeros sistemas comenzaron a mostrar signos de envejecimiento, se hizo evidente una disminución gradual en el rendimiento de la batería.
Para combatir esta caída en el rendimiento y extender la vida útil de la batería, los proveedores de sistemas de almacenamiento recurrieron al desarrollo de tecnología de refrigeración líquida. Debido a su mayor proximidad a las baterías, esta tecnología ha demostrado ser más eficaz para enfriar las baterías.
2. Tecnología de refrigeración líquida.
La tecnología de refrigeración líquida, que actualmente es el mecanismo de refrigeración preferido en la industria, utiliza glicol como medio de refrigeración. Tiene la ventaja de ser duradero con una vida útil de hasta una década sin necesidad de reemplazo. Como parte del proceso de operación y mantenimiento, se recomienda la medición anual del nivel de glicol.
INVERSOR
En el corazón de un sistema de almacenamiento de energía de batería se encuentra el inversor, un componente crítico responsable de transformar la energía CC almacenada en energía CA. La conversión se produce mediante la acción de encender y apagar transistores para generar una forma de onda de CA, un proceso conocido como modulación de ancho de pulso (PWM).
Generalmente ubicado fuera del gabinete de almacenamiento de la batería, el inversor se conecta con la salida de la batería del sistema de administración de batería (BMS) en la entrada del inversor (DC In), como se muestra en la Figura 3.
Los inversores funcionan en dos modos distintos: seguimiento de red y formación de red.
En el modo de seguimiento de red, el inversor alinea su salida con la entrada de señal de referencia de CA, que generalmente proviene de la empresa de servicios públicos.
Por el contrario, el modo de formación de red permite que el inversor produzca la forma de onda de salida de CA de acuerdo con la configuración del inversor. Este modo entra en juego en ausencia de la entrada de señal de referencia de CA.
TRANSFORMADOR
En aplicaciones de media tensión, los transformadores son una necesidad. Se emplean para aumentar el voltaje con el fin de adaptarse a las especificaciones del sistema de energía del cliente.
Si bien no son una obligación para escenarios de bajo voltaje, los transformadores presentan una excelente opción para los puntos de interconexión entre los dos sistemas de energía. Tienen la ventaja de impedir la propagación de fallos. Además, ofrecen un método para purificar la energía, aunque este beneficio conlleva gastos adicionales. La salida del inversor establecería una conexión con el transformador.
SEGMENTO DE CONTROL: UN CENTRO DE SISTEMA DE GESTIÓN ENERGÉTICA
La sección de control opera como nexo central para los elementos del sistema de gestión de energía, facilitando la transmisión de información de la batería a la nube para su procesamiento avanzado o generación de informes. Los componentes clave dentro de la sección de control pueden incluir:
- Enrutador celular: A este componente se le confía la tarea de transmitir los datos recopilados del sistema de gestión de energía a la nube. Aquí, los desarrolladores de software de gestión de energía pueden utilizar los datos para crear informes o implementar casos de uso del sistema.
- Hardware de gestión de energía: Esta pieza de hardware tiene la tarea de llevar a cabo los casos de uso diseñados por el sistema.
- Contador de potencia: Este dispositivo ayuda a comprender la cantidad de energía que exporta el sistema de almacenamiento de batería durante la ejecución de los casos de uso del sistema.
- Conmutador de red: Esta herramienta asegura la continuidad de la comunicación entre los dispositivos del sistema, utilizando protocolos variados como Modbus o CAN.
SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE BATERÍA: EXAMEN DE POSIBLES CASOS DE USO
ASPECTOS DE CONSIDERACIONES DE COMPRA
Al decidir invertir en sistemas de almacenamiento de energía en baterías, los clientes suelen tener en cuenta una serie de factores que incluyen la viabilidad financiera, la resiliencia energética, el cambio de fuentes de energía y el deseo de reducir las emisiones de carbono.
ASPECTOS FINANCIEROS COMO IMPULSORES DE DECISIONES
A pesar de la variedad de factores que contribuyen al proceso de toma de decisiones para los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, el principal factor de influencia tiende a ser la perspectiva financiera. Para justificar la inversión, se debe explorar cada caso de uso potencial, incluso si no todos se implementarán en la práctica.
Los diseñadores de sistemas colaboran con los clientes para maximizar las ventajas financieras, a menudo mediante la reducción de las facturas de servicios públicos y la minimización del tiempo de inactividad debido a fallas en los servicios públicos. Los casos de uso elegidos influyen significativamente en el diseño de la batería, que debe optimizarse para una salida de alta potencia o un suministro de energía sostenido. Equilibrar el poder y las capacidades de larga duración puede agregar costos significativos, por lo que definir los casos de uso del sistema es crucial.
PRINCIPALES CASOS DE USO PARA CLIENTES COMERCIALES/INDUSTRIALES
REDUCCIÓN DE CARGOS POR DEMANDA
Los cargos por demanda, añadidos a las facturas mensuales de servicios públicos, sirven para financiar el mantenimiento de la infraestructura. Calculado multiplicando el consumo mensual más alto de kilovatios del cliente por un multiplicador definido por la empresa de servicios públicos, las reducciones en los cargos por demanda pueden generar ahorros sustanciales. Ideal para clientes con perfiles de carga grandes y multiplicadores de carga de alta demanda, los desarrolladores suelen aspirar a ahorrar entre el 30% y el 50% de la factura total de servicios públicos.
RESPUESTA DE LA DEMANDA
Las empresas de servicios públicos a menudo ejecutan programas que solicitan a los clientes que se desconecten temporalmente de la energía eléctrica. Este cambio puede realizarse de forma automática o manual tras una solicitud telefónica. Una vez que se les solicita el cambio, los clientes deben confiar en fuentes de energía alternativas como generadores o baterías, lo que requiere un dimensionamiento cuidadoso de las baterías para cubrir la demanda de carga durante el período esperado.
REGULACIÓN DE FRECUENCIA / RESPUESTA DE TENSIÓN
En estos casos de uso, el sistema de almacenamiento de batería aumenta para mantener el voltaje y la frecuencia del bus dentro de límites aceptables, evitando así disparos de carga críticos. Aquí, el sistema de batería complementa la energía real durante las caídas de frecuencia para asegurar el funcionamiento a 60 Hz o administrar el voltaje nominal del sistema dispensando o absorbiendo energía reactiva.
AUTOCONSUMO FV
La energía solar y las baterías, que se complementan perfectamente como dúos clásicos, forman una pareja natural. La variabilidad de la energía solar se puede equilibrar con baterías, ofreciendo a los clientes un recurso renovable bajo demanda.
ENERGÍA DE RESPALDO
En caso de un corte de energía, los clientes pueden confiar en las baterías para suministrar energía a las cargas esenciales según la duración acordada, que generalmente oscila entre dos y cuatro horas.
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías son particularmente adecuados para clientes que se enfrentan a tarifas de servicios públicos fluctuantes, picos de carga notables que conducen a cargos de alta demanda o aquellos situados en regiones sin un suministro de energía de servicios públicos estable. Estos sistemas, junto con los generadores, son esenciales para garantizar la resiliencia energética de los clientes.
A medida que los precios continúan con una tendencia a la baja y nuevas tecnologías comienzan a surgir, se anticipa que las instalaciones de infraestructura crítica se transformarán cada vez más para reflejar las microrredes.
No dude en solicitar más información o asistencia sobre los sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Contáctanos al número de teléfono +1.954.657.7777, o escríbenos a info@bnhgenerators.com, y con gusto te ayudaremos.
