Integración de sistemas de almacenamiento en plantas de generación FV
Sistemas de almacenamiento de Energía (ESS)
Titulo del parrafo
Actualmente, están surgiendo nuevos retos en el campo del funcionamiento de sistemas de generación eléctrica. Entre ellos, se incluye el aumento del nivel de generación distribuida desde nuevas fuentes de energía, especialmente, fuentes renovables. El almacenamiento de energía es ya un elemento clave de las smart grids, especialmente en los casos en que se produce más generación de energía de fuentes intermitentes, como la solar o la eólica.
Una smart grid siempre se puede definir a través de tres tipos de nodos: nodos de generación, nodos de consumo, y un tercer tipo, el punto de interconexión (POI, por sus siglas en inglés). Normalmente, el control de micro redes se lleva a cabo mediante la gestión de las variables del punto de interconexión. Dependiendo de la aplicación, estas variables podrán intercambiar potencia real y reactiva, o control de tensión y frecuencia, respectivamente. En todos estos casos, debe utilizarse un cuarto tipo de nodo para permitir la gestión completa de smart grids: un nodo de almacenamiento de energía.
El uso de sistemas de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés) en plantas fotovoltaicas permite el rendimiento óptimo de todas las aplicaciones del sistema FV. En plantas orientadas al autoconsumo, los ESS permiten minimizar los intercambios con la red, lo que incrementa el porcentaje de uso de la energía proveniente de fuentes fotovoltaicas. Dependiendo de cada normativa local, este incremento de autoconsumo puede aportar un beneficio extra al funcionamiento de la planta. En este caso, los ESS permiten el uso de energía extra que no haya sido utilizada durante el día. La descarga máxima de las baterías dependerá del consumo que cada consumidor haya realizado, por lo que se precisan baterías de alta capacidad; una medida óptima estaría cercana a la producción total de la planta durante un día normal. Sin embargo, no es necesaria una gran descarga de energía. En el caso de plantas orientadas a la venta de energía a la red, los ESS permiten una gestión activa de la producción de energía, lo que aporta una capacidad de inyectar energía a la red en el momento de mayor consumo, que coincide también con el momento en que la energía tiene un mayor precio. En este caso, la descarga de baterías se realiza en un corto período de tiempo, por lo que la potencia de descarga debe ser acorde a la potencia media de la planta.
Redes débiles
Sin embargo, no es necesaria una fuerte descarga de energía. En el caso de plantas orientadas a la venta de energía a la red eléctrica, los ESS permiten una gestión activa de la producción energética. Con ello, se consigue inyectar energía a la red eléctrica en el momento de mayor consumo, que coincide también con el momento en que la energía tiene un coste mayor. La descarga de la batería se realiza en un lapso de tiempo muy breve, por lo que la descarga de energía debe coincidir con la potencia nominal de la planta.
Otro ejemplo, cada día más común, consiste en la necesidad de cumplir con los requerimientos de conexión de plantas de generación a redes débiles, como es el caso de las islas. Normalmente, estos requerimientos exigen a la planta la participación en la regulación tanto de la frecuencia de red como de la tensión. La regulación de la frecuencia se realiza a través de sistemas de almacenamiento ya que la fuente de energía no siempre está disponible. Las baterías, en este caso, deben ser dimensionadas para obtener la potencia requerida por la ley aplicable, normalmente definida por el operador del sistema.
La regulación de la tensión, por su parte, se lleva a cabo a través de la inyección o el consumo de potencia reactiva. Dicha potencia reactiva puede ser suministrada por un inversor FV, siempre que tenga un valor de VA extendido. Otra posibilidad es dar prioridad a la generación de Q en vez de a la generación de P, lo que reduce la potencia real.
El último caso a analizar son los sistemas aislados. En este caso, tensión y frecuencia deben ser generadas y controladas por nodos de red inteligentes. Para ello, los ESS son requeridos en este tipo de instalaciones. Durante un funcionamiento estable, deben regular las diferencias entre la producción de energía y las cargas, por lo que los sistemas de almacenamiento deben ser rápidos y capaces de soportar muchos ciclas de pequeñas cargas y descargas. Además, en caso de que se produzca una parada en la generación de energía, el sistema de almacenamiento debe mantener toda la carga de energía hasta que la carga de desconecte de manera controlada. Lo mismo ocurre cuando la generación comienza. El sistema debe crear la red allí donde las cargas van a ser conectadas, y mantenerlas hasta que la generación esté lista para inyectar energía a la red.
Solución GPTech
Los requerimientos exigidos por los sistemas de almacenamiento para los ejemplos mostrados anteriormente incluyen: un tiempo de reacción muy rápido, alta eficiencia, fácil mantenimiento y la posibilidad de dimensionar, de manera independiente, la potencia y la energía del sistema de almacenamiento. De este modo, la mejor opción de entre los distintos sistemas de almacenamiento de energía es el almacenamiento eléctrico en baterías. Sin embargo, el principal problema de estas baterías es su limitado tiempo de vida, que depende del número de ciclos de carga y descarga, así como de su profundidad.
Para superar estas limitaciones, GPTech propone como solución un doble sistema de almacenamiento dinámico, basado en el trabajo conjunto de baterías y supercondensadores (esquema mostrado en la Figura 2). Los supercondensadores, con una vida útil superior, se encargarían de realizar ciclos cortos de carga y descarga, mientras que las baterías suministrarían ciclos largos superiores a una hora. De esta manera, la vida útil de las baterías puede aumentar hasta ser el doble.
Actualmente, como lo serán también en el futuro inmediato, las baterías y el control de electrónica de potencia asociado son considerados clave para la integración de energía fotovoltaica y como aquélla tecnología que suministrará a las plantas FV la capacidad de aplicaciones de red.