BESS: Una solución para gestionar la energía de forma proactiva

Por Andrey Solovev

La expansión de las energías renovables y la tendencia mundial hacia el consumo eficiente de energía han impulsado el interés por las soluciones de almacenamiento de energía y, en particular, por los sistemas de almacenamiento de energía en baterías. La lectura de este artículo ayudará a entender en qué consisten estos sistemas y las ventajas de utilizarlos

Un BESS: ¿qué hay detrás de él?

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) es una solución compleja que utiliza baterías recargables para almacenar energía y liberarla posteriormente. Los tipos de BESS están relacionados con la electroquímica o la batería que emplean: los sistemas pueden basarse en baterías de iones de litio, plomo-ácido, níquel-cadmio, sodio-azufre y flujo. Un sistema de almacenamiento de energía (ESS) es un término más amplio y puede basarse en una variedad de tecnologías distintas de las baterías, por ejemplo, la energía hidráulica, los volantes de inercia, el aire comprimido y otras.

Para entender lo que es un BESS y cómo funciona, es conveniente examinar su estructura y sus elementos básicos:

BATERÍA

La energía eléctrica suministrada por diferentes fuentes, como la solar, la eólica o las centrales eléctricas, se convierte en energía química durante el proceso de carga de la batería. La energía liberada por la batería durante la descarga puede alimentar hogares, vehículos, edificios comerciales y redes. Las baterías están formadas por celdas y pueden organizarse en módulos, paquetes y contenedores.

SISTEMA DE GESTIÓN DE BATERÍAS (BMS)

Un BMS se encarga del funcionamiento seguro y correcto de la batería. Cada tipo de batería tiene unas condiciones de carga y descarga determinadas. Un BMS se encarga de que la batería se mantenga dentro del rango de corriente, tensión y temperatura requerido. Al controlar los parámetros y estimar el estado de carga (SOC) y el estado de salud (SOH) de la batería, un BMS garantiza su rendimiento fiable y duradero.

SISTEMA DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA (PCS)

Mediante el uso de un sistema de conversión de energía, un BESS convierte la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) y viceversa. La CA fluye desde una fuente de alimentación y se convierte en CC durante la carga de la batería. Cuando la batería se descarga, produce corriente continua, que se convierte de nuevo en la corriente alterna necesaria para alimentar las aplicaciones BESS.

SISTEMA DE GESTIÓN DE LA ENERGÍA (EMS)

Un EMS es una unidad de control de un sistema de almacenamiento de energía en batería. Gestiona la energía disponible en un BESS, es decir, cuándo, por qué y en qué cantidades acumular o liberar la energía. Un EMS reúne los elementos de un BESS y optimiza su rendimiento global.

SISTEMAS DE SEGURIDAD

Puede haber una serie de sistemas de seguridad, cada uno responsable de una tarea específica. Por ejemplo, un sistema HVAC permite a un BESS mantener la temperatura y la humedad deseadas mediante calefacción, ventilación y aire acondicionado. Un sistema de protección contra incendios puede detectar el humo y prevenir incidentes de incendio.

Diagrama de la estructura típica del BESSFigura 1: Una estructura típica de BESS. (Fuente de la imagen: Integra Sources LLC)

¿Qué puede hacer un BESS?

Cada año, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías suministran energía a miles de hogares, empresas, plantas y comunidades de todo el mundo. Varían en escala y capacidad de almacenamiento.

Por ejemplo, con 13,5 kWh de capacidad útil, la Tesla Powerwall es un dispositivo compacto que puede servir como fuente de energía ininterrumpida para un solo hogar. Mientras que con su capacidad total de 1,600 MWh, la instalación de almacenamiento de energía de Vistra Moss Landing -el mayor BESS del mundo- puede proporcionar energía a 300,000 hogares.

Sin embargo, a pesar de la diferencia de tamaño y capacidad, los BESS pueden cumplir funciones similares y abordar problemas parecidos. Consideremos los casos en los que el almacenamiento de energía en baterías puede entrar en juego.

Integración de las energías renovables

El BESS puede utilizar la energía solar y eólica de forma eficiente en todo momento y con cualquier clima. Las baterías recargables pueden almacenar el exceso de energía generada por las energías renovables intermitentes. Posteriormente, esta energía puede ser despachada en función de las necesidades de los usuarios.

Cuando se integran con soluciones de almacenamiento en baterías, las fuentes de energía renovables pueden sustituir a los combustibles fósiles, ofreciendo energía barata y limpia a una diversidad de aplicaciones. La integración de las energías renovables está muy extendida en:

  • parques solares y eólicos
  • comunidades sin red y aisladas (islas y zonas de difícil acceso)
  • dispositivos de almacenamiento de energía en el hogar acoplados a paneles solares (como Powerwall)

Aparte de los sistemas sin conexión a la red, un BESS puede apoyar significativamente las soluciones en red e híbridas para uso residencial, comercial e industrial.

Imagen de los parques solares y eólicosFigura 2: Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías se utilizan ampliamente en los parques solares y eólicos. (Fuente de la imagen: Integra Sources LLC)

Arbitraje energético

Existe una correlación positiva entre la demanda de electricidad y su coste. El precio de la energía aumenta durante los periodos de máxima demanda y disminuye cuando esta disminuye. El arbitraje energético, alias time-shifting, es lo que los consumidores pueden aplicar utilizando un sistema de almacenamiento de baterías.

Al cargar la batería en las horas de menor consumo, los consumidores pueden comprar energía barata y almacenarla con su BESS. Entonces, pueden esperar a que suba el precio de la electricidad y descargar la batería para utilizar la energía de bajo costo o venderla a la red.

Así, los hogares y las empresas pueden gestionar eficazmente los recursos energéticos, reduciendo sus costos.

Gestión de la carga

La energía se consume de forma diferente a lo largo del día y en función de la temporada: hay horas punta y horas valle. Un BESS permite a los usuarios navegar entre estos periodos, ajustar el consumo de energía y ahorrar en costos de electricidad.

La reducción de picos es uno de los casos de uso más populares de los BESS en la gestión de la carga. Se trata de reducir el consumo de energía en los periodos punta. Además, los consumidores pueden recortar sus gastos, al igual que con el arbitraje energético.

Una solución de almacenamiento en baterías puede ayudar a evitar los picos de carga en la red eléctrica y, en consecuencia, los apagones y otras emergencias. Al descargar la energía almacenada, un BESS quita la carga de la red y suministra energía sin interrupción.

Inicio negro

Un BESS puede ayudar a las centrales eléctricas y a las redes eléctricas a restablecerse rápidamente tras los cortes de energía. En lugar de utilizar un generador diésel, los consumidores pueden recurrir a un sistema de almacenamiento en baterías, una solución de arranque en negro más barata y ecológica. Un BESS puede funcionar independientemente de la línea de transmisión de la red y suministrar energía durante el tiempo necesario, desde minutos hasta horas.

Respaldo de energía

Un BESS puede suministrar energía a hogares, empresas y otras instalaciones, asegurando su funcionamiento continuo. Esto es de vital importancia para las instituciones sanitarias y otras organizaciones que prestan servicios relacionados con la salud y la seguridad de las personas. Dependiendo de la capacidad de almacenamiento, un BESS puede suministrar energía de reserva todo el tiempo que sea necesario, incluso en caso de un grave fallo de la red.

Control de frecuencia y tensión

La frecuencia y la tensión pueden salirse de sus límites de funcionamiento si la fuente de alimentación no está sincronizada con su demanda real. Esto puede provocar la pérdida de energía y apagones. Un BESS puede garantizar la estabilidad de una red eléctrica o de un sistema de energía mediante la regulación de la tensión y la frecuencia. Debido a su rápido tiempo de respuesta, un sistema de almacenamiento de energía en baterías se convierte en una solución eficaz para equilibrar la red.

Micro redes

Se trata de pequeñas redes eléctricas que pueden suministrar electricidad a edificios comerciales, plantas de fabricación o vecindarios cuando se conectan a una red mayor. Las micro redes autónomas pueden suministrar energía a zonas y comunidades remotas, como las islas. Cuando se combina con un BESS y se integra con energía renovable, una microrred puede actuar como un sistema de energía resistente para múltiples usuarios.

El diagrama de la micro red puede actuar como un sistema eléctrico resistenteFigura 3: Una micro red puede actuar como un sistema de energía resistente para zonas y comunidades remotas, como las islas. (Fuente de la imagen: Integra Sources LLC)

Aplazamiento de la transmisión y la distribución

Las líneas de transmisión y distribución (T&D) son propensas al envejecimiento y la depreciación debido a los picos de carga y las congestiones. Una solución de almacenamiento en baterías puede resolver este problema asumiendo el papel de los activos de T&D. Un BESS puede ofrecer capacidad de almacenamiento adicional y equilibrar las cargas, aplazando así la mejora de las líneas de T&D existentes y la construcción de nuevas infraestructuras. Esto significa ahorrar mucho dinero.

¿Dónde se puede utilizar mejor un BESS?

Los BESS se basan en tecnologías asequibles; por ejemplo, el precio de las baterías de iones de litio ha bajado casi un 90% en los últimos 10 años y va a seguir bajando. Las soluciones de almacenamiento en baterías tienen una amplia gama de configuraciones, incluyendo la capacidad de almacenamiento y el tamaño, por lo que pueden adaptarse a muchas industrias y aplicaciones.

Estas aplicaciones pueden dividirse en sistemas "front-of-the-meter" (FTM ) o "utility-scale" (la energía consumida se mide con un contador eléctrico) y "behind-the-meter" (BTM) o soluciones in situ (la energía consumida no puede conectarse a la red y, por tanto, se mide con un contador eléctrico). Aquí hay una lista de aplicaciones de FTM y BTM BESS (que definitivamente no está completa).

Aplicaciones en el frente del contador

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías pueden contribuir en gran medida al funcionamiento y mantenimiento de las instalaciones y equipos a escala de servicios públicos. Un BESS puede ofrecer capacidad de reserva y servicios de arranque en negro, proporcionar estabilidad de tensión y frecuencia, y ahorrar dinero mediante el mantenimiento diferido. Las aplicaciones de FTM BESS incluyen:

  • Redes de servicios públicos
  • Subestaciones
  • Líneas de transmisión y distribución
  • Centrales eléctricas

Aplicaciones que subyacen al contador

Los sistemas BTM pueden suministrar energía a los consumidores, evitando la red eléctrica. Junto con las fuentes de energía verde, un BESS puede apoyar incesantemente los sistemas de energía independientes o las micro redes. Los fabricantes pueden utilizar el almacenamiento de baterías como reserva de energía para evitar el tiempo de inactividad en las instalaciones de producción. Mediante el uso de los BESS, las empresas y las familias pueden reducir significativamente las tarifas eléctricas con el cambio de horario de la energía. Los sistemas de almacenamiento de energía con baterías BTM se pueden encontrar en:

  • Instalaciones industriales y de fabricación
  • Negocios
  • Hogares
  • Vehículos eléctricos
  • Sistemas marinos

Diagrama de las aplicaciones del BESSFigura 4: Aplicaciones del BESS. (Fuente de la imagen: Integra Sources LLC)

¿Tiene sentido construir un BESS?

La respuesta corta es que sí. La respuesta más larga necesita algunas aclaraciones.

Sin duda, comprar un BESS ya hecho ahorra mucho tiempo y, a veces, dinero. Si no hay requisitos especiales para el sistema, se puede elegir una solución lista para usar entre un montón de productos de almacenamiento de energía disponibles en el mercado. Dicho esto, hay algunas razones que podrían frenar a un consumidor en la compra, por ejemplo:

  • los requisitos específicos del cliente, incluidas las exigencias del nicho de negocio y las condiciones de funcionamiento
  • falta de funciones deseadas o funciones innecesarias que aumentan el costo del sistema
  • sistema incompleto y falta de equipo de apoyo
  • software de baja calidad
  • ausencia de garantía y mantenimiento post-garantía

Construir un sistema de almacenamiento de energía en baterías puede ser un proceso tedioso que requiere tiempo, dinero y experiencia. Pero esto da la oportunidad de crear una solución altamente personalizada que satisfaga plenamente todos los requisitos de un usuario final.

Un BESS a medida puede ofrecer mayor funcionalidad, facilidad de uso, seguridad y ciberseguridad. La implementación de algoritmos BMS avanzados permitirá a los usuarios mejorar el rendimiento de la batería y prolongar su vida útil. El desarrollo de una solución a medida optimiza el soporte técnico, la atención al cliente y otros servicios que pueden ser necesarios como usuario final o como proveedor de BESS.

Para diseñar un BESS de alta calidad se necesita un equipo de profesionales versados en tecnologías de baterías, electrónica de potencia, software integrado y desarrollo de hardware. Es esencial organizar y armonizar cada etapa de la creación del producto, desde el diseño hasta la certificación y la fabricación. La contratación de ingenieros con conocimientos y experiencia relevantes puede ayudar a construir un sistema de almacenamiento de baterías completo que se anticipe a las expectativas del consumidor.

Por todo ello, un producto a medida no es una bala de plata. La fabricación de un BESS a medida debe considerarse caso por caso y, para algunos proyectos, lo mejor sería una solución llave en mano. Para saber más sobre los BESS hechos a medida frente a los disponibles en el mercado, lea un artículo más amplio sobre los sistemas de almacenamiento de energía en baterías en la página del blog de Integra Sources LLC. Aquí, los lectores también pueden conocer las distintas tecnologías y características de las baterías, los principales fabricantes de BESS, los sistemas alternativos de almacenamiento de energía y otros detalles relacionados.

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Acerca de este autor

Andrey Solovev

Andrey Solovev is the co-founder and Chief Technology Officer of Integra Sources. He earned a Ph.D. in Physics and Mathematics at Altai State University.