sistemas de almacenamiento de energía a escala

Sistemas comerciales de almacenamiento de energía: componentes, tipos y aplicaciones

COMERCIAL INDUSTRIAL

Conseguir opciones de almacenamiento de energía eficaces y fiables es crucial en el dinámico entorno energético actual. Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía ofrecen un medio crucial para almacenar la energía generada durante los periodos de baja demanda y liberarla cuando ésta es elevada. Es esencial profundizar en sus componentes para comprender mejor estos sistemas.

En este artículo analizaremos en detalle cada uno de los componentes de los sistemas comerciales de almacenamiento de energía y destacaremos sus funciones e importancia dentro de la arquitectura general del sistema. También profundizaremos en los diferentes tipos de tecnologías de almacenamiento de energía comercial disponibles en la actualidad, junto con sus respectivas ventajas y limitaciones.

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    ¿Qué son los sistemas comerciales de almacenamiento en baterías?

    Los sistemas comerciales de almacenamiento de baterías son un tipo de almacenamiento de energía, como grandes bancos de energía (un contenedor con paquetes de baterías) que tienen la capacidad de almacenar y liberar electricidad de diversas fuentes. Los sistemas comerciales de almacenamiento en baterías tienen distintos tamaños y formas, según la aplicación y las necesidades del cliente.

    La estructura modular y la capacidad de almacenamiento de estos sistemas oscilan entre 50 kWh y 1 MWh. Son, por tanto, una excelente opción para pequeñas y medianas empresas que buscan un sistema de almacenamiento de energía. Muchas empresas, como escuelas, hospitales, gasolineras, comercios e industrias, confían en ellos para cubrir sus necesidades energéticas.

    Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía apoyan a la red empleando baterías para equilibrar las fluctuaciones de la demanda, ofrecer energía de reserva durante los apagones y ayudar a fuentes de energía renovables como la eólica y la solar. Adoptar este sistema puede ayudarle a ahorrar dinero reduciendo las facturas de electricidad y creando nuevas oportunidades de ingresos.

    ¿Qué componentes componen los sistemas comerciales de almacenamiento de energía?

    ● Sistema de baterías: La batería, formada por celdas separadas que transforman la energía química en energía eléctrica, es sin duda el corazón de los sistemas comerciales de almacenamiento de energía. Las celdas se disponen en módulos, bastidores y cadenas, y se conectan en serie o en paralelo en la cantidad que corresponda al voltaje y la capacidad deseados. El ión-litio ha demostrado ser la mejor química de baterías para los sistemas comerciales de almacenamiento de energía.

    ● Sistema de gestión de la batería (BMS): El BMS es el principal punto de control que garantiza la seguridad del sistema mediante la supervisión de la longevidad, seguridad y eficiencia del sistema de baterías. Esto hace que la batería funcione al máximo en cuanto a voltaje, temperatura, corriente, estado de carga y salud. Además, controla el sistema de refrigeración y mantiene el equilibrio de las celdas.

    ● Inversor o sistema de conversión de potencia (PCS): Este componente suele denominarse el "músculo" del sistema comercial de almacenamiento de energía. Esto se debe a que una batería suministra corriente continua (CC), pero la red o la carga necesitan corriente alterna (CA) para funcionar, por lo que el inversor ayuda en esta transformación. Además, controla la tensión de salida, la frecuencia y la calidad de la energía. La configuración del sistema de almacenamiento de energía determina si utiliza un inversor acoplado a CA o a CC.

    ● Sistema de gestión de la energía (SGE): El EMS se encarga de controlar y regular el flujo de energía dentro del sistema de almacenamiento de energía según las necesidades y preferencias del usuario. Se comunica con la red, la carga y otras fuentes de energía, como la solar y la eólica. Realiza tareas adicionales como la reducción de picos, el cambio de carga, el control de frecuencia, la energía de reserva y el arbitraje energético.Componentes de un sistema comercial de almacenamiento de energía

    ● Inversor bidireccional: Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía conectados a la red deben tener un inversor bidireccional como componente crucial. Permite al sistema de almacenamiento de energía extraer energía de la red o devolverla a ella cuando es necesario. Además, se sincroniza con la tensión y la frecuencia de la red.

    ● Transformador: Se trata de un componente vital de cualquier sistema comercial de almacenamiento de energía conectado a la red que ayuda a subir o bajar el nivel de tensión para igualarlo al de la red.

    ● Dispositivo de protección: Este componente es esencial para proteger la red y el sistema de almacenamiento de energía de fallos, sobretensiones, cortocircuitos, sobrecargas y otras circunstancias anómalas.

    ● Sistemas de refrigeración: Estos componentes mantienen la batería y otras piezas dentro del rango de temperatura ideal para garantizar la eficacia y la seguridad.

    ● Sistema de control de alto nivel: Este elemento funciona junto con otros sistemas de control, como EMS y BMS, para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de cualquier sistema comercial de almacenamiento de energía conectado a la red.

    ¿Cuáles son los tipos más comunes de sistemas comerciales de almacenamiento de energía?

    Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía son de distintos tipos, pero en general pueden dividirse en cinco grandes grupos. Mecánicos, electromagnéticos, térmicos, químicos y electroquímicos son las cinco categorías, y cada una tiene propiedades, ventajas y desventajas únicas.

    Mecánica

    Estos sistemas utilizan fuerzas o movimientos mecánicos para almacenar y liberar energía. El sistema hidroeléctrico de bombeo (PSH) es un ejemplo que bombea agua cuesta arriba cuando hay un exceso de electricidad y la libera aguas abajo cuando hay demanda de energía.

    Otro ejemplo es el almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES), que comprime aire en cavernas o tanques subterráneos y lo expande para alimentar una turbina. Por último, está el almacenamiento de energía en volantes de inercia (FES), que crea energía haciendo girar rápidamente un rotor.

    Electromagnético

    Dispositivos como los condensadores, los supercondensadores y el almacenamiento de energía magnética superconductora (SMES) utilizan campos eléctricos o magnéticos para almacenar y liberar energía. Los condensadores almacenan carga eléctrica en dos placas separadas por un aislante. Sin embargo, los supercondensadores tienen mayor capacitancia y pueden almacenar más carga. Sin embargo, los SMES utilizan una bobina superconductora para crear un campo magnético capaz de conservar la energía con pérdidas mínimas.

    Térmico

    Algunos ejemplos de sistemas de almacenamiento térmico que utilizan el calor o el frío para almacenar y liberar energía son la sal fundida, el aire líquido, el almacenamiento criogénico de energía (CES) y el hielo/agua. Por ejemplo, las sales fundidas pueden almacenar el calor de las centrales de energía solar concentrada y liberarlo para generar vapor para las turbinas.

    Del mismo modo, el aire líquido puede licuarse cuando el exceso de electricidad se vaporiza para accionar una turbina cuando sea necesario. CES utiliza nitrógeno líquido u otros fluidos criogénicos para almacenar energía fría. El hielo/agua puede almacenar energía fría congelando el agua por la noche y derritiéndola durante el día con fines de refrigeración.

    Electroquímica

    El mayor tipo de sistemas comerciales de almacenamiento de energía son las baterías, que almacenan y liberan energía mediante procesos electroquímicos. Estas baterías tienen dos electrodos (ánodo y cátodo) y un electrolito que permite el flujo de iones, creando un concepto de carga y descarga. El ión-litio suele ser ideal para cualquier establecimiento que desee utilizar un sistema de almacenamiento comercial debido a sus ventajas.

    ¿Cuáles son las aplicaciones de los sistemas comerciales de almacenamiento de energía?

    Reducción de picos

    Para minimizar los picos de carga y reducir los costes de la demanda, esta idea de aplicación incluye vaciar los dispositivos comerciales de almacenamiento de energía durante los momentos de mayor demanda. Los clientes con elevados ratios pico/media o los que están sujetos a elevadas tarifas de demanda pueden beneficiarse significativamente de ello.

    Cambio de carga

    Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía se utilizan para combatir la diferencia de precios en esta situación. Se carga en épocas de precios bajos de la electricidad y se descarga en épocas de precios altos. Los clientes sujetos a tarifas por tiempo de uso o a precios en tiempo real pueden beneficiarse de ello ahorrando dinero.Aplicaciones de los sistemas comerciales de almacenamiento de energía

    Con un sistema de baterías de iones de litio de 500 kW/3 MWh, por ejemplo, un hotel de Hawái pudo cambiar su carga del día a la noche y ahorrar $275.000 al año.

    Integración de renovables: En este uso, los sistemas comerciales de almacenamiento de energía se combinan con fuentes de energía renovables como la solar o la eólica para potenciar su eficiencia y eficacia.

    Energía de reserva

    En esta aplicación, los sistemas comerciales de almacenamiento de energía proporcionan energía de reserva en caso de fallo de la red u otras crisis. Los beneficios pueden ser mejorar la resistencia, garantizar la continuidad de la empresa u ofrecer servicios vitales.

    Microgrid

    En esta aplicación, los sistemas comerciales de almacenamiento de energía se utilizarán como un componente de la microrred que puede funcionar por separado de la red principal o estar conectado a ella. De ello pueden derivarse beneficios como el aumento de la fiabilidad, la reducción de las emisiones o el empoderamiento de la comunidad.

    ¿Cuál es la capacidad de almacenamiento de energía comercial?

    Como ya se ha dicho, las pequeñas y medianas empresas emplean con frecuencia "sistemas comerciales de almacenamiento de energía", que suelen tener una capacidad de almacenamiento de 50 kWh a 1 MWh y se utilizan para fines comerciales y municipales. En realidad, la capacidad oscila entre dicho valor, pero la elección de la capacidad ideal depende del tipo de programa para el que se utilice y de la tarea que se pretenda realizar.

    ¿Cuáles son las ventajas de los sistemas comerciales de almacenamiento de energía?

    ● Resiliencia: Las operaciones empresariales pueden continuar sin problemas y de forma segura con la ayuda de sistemas comerciales de almacenamiento de energía, que pueden ofrecer energía de reserva en caso de fallos en la red u otras calamidades. Esto es crucial para instalaciones vitales como hospitales, centros de datos o industrias que no pueden permitirse perder electricidad.

    ● Ahorro de costes: Al cambiar su uso de las horas punta a las horas valle, cuando la electricidad es menos cara, los sistemas comerciales de almacenamiento de energía pueden ayudar a las empresas a reducir sus costes de electricidad. Como resultado, los cargos por demanda, que son pagos basados en la mayor cantidad de electricidad utilizada durante un periodo de facturación, podrían reducirse. Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía también pueden ayudar a las empresas a generar ingresos adicionales participando en programas de respuesta a la demanda, que recompensan a los consumidores por reducir su consumo de electricidad durante los periodos de máxima demanda.

    ● Integración de renovables: Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía permiten a las empresas mejorar su utilización de fuentes de energía renovables como la solar y la eólica. Para ello, almacena el exceso de energía en momentos de alta generación y la libera en momentos de baja generación.

    Esto puede disminuir la dependencia de los combustibles fósiles y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía también pueden ayudar a estabilizar la red equilibrando la oferta y la demanda de energía y ofreciendo servicios auxiliares como el control de la frecuencia o el apoyo a la tensión.

    ● Beneficios adicionales de la red: Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía aportan beneficios adicionales a la red y a la sociedad, como el aumento de la seguridad y la resistencia frente a ciberataques o catástrofes naturales, la mejora del valor económico y la competitividad mediante la creación de nuevos puestos de trabajo y mercados, y la disminución del impacto ambiental al reducir la contaminación atmosférica y el consumo de agua.

    ¿Cuánto duran los sistemas comerciales de almacenamiento de energía?

    La vida útil de los sistemas industriales de almacenamiento de energía es una pregunta habitual. Uno quiere asegurarse de que saca el máximo partido a la inversión en baterías a gran escala u otros dispositivos de almacenamiento, ya que estos proyectos de almacenamiento de energía tienen costes iniciales.

    La respuesta no es sencilla porque los distintos sistemas de almacenamiento de energía tienen vidas útiles diferentes, en función de su tecnología, diseño, uso y entorno. No obstante, a continuación se indican algunos intervalos generales de vida útil para algunas tecnologías comerciales habituales de almacenamiento de energía:

    • Baterías de iones de litio: De 8 a 15 años de vida útil hasta 8000 ciclos de carga para una carga de ciclo diario.
    • Baterías de flujo redox: De 5 a 15 años
    • Hidrógeno: De 8 a 15 años

    Independientemente de la vida útil indicada anteriormente, los sistemas comerciales de almacenamiento de energía deben supervisarse y diagnosticarse periódicamente. Estos periodos son simplemente estimaciones, y la supervisión del sistema podría hacer que durara tanto tiempo como usted quisiera.

    Cómo diseñar un sistema comercial de almacenamiento de energía según las exigencias de la aplicación

    No hay una solución concreta que funcione para todos los diseños de sistemas comerciales de almacenamiento de energía. En términos de potencia y capacidad energética, tiempo de reacción, vida útil, coste, seguridad y efecto medioambiental, las distintas aplicaciones pueden tener necesidades y limitaciones distintas. En consecuencia, es crucial tener en cuenta las siguientes acciones a la hora de desarrollar un sistema comercial de almacenamiento de energía de acuerdo con los requisitos de la aplicación:

    Identificar las aplicaciones

    ¿Qué servicios o funciones principales ofrecerá el sistema de almacenamiento de energía? Por ejemplo, control de frecuencia, integración de energías renovables, energía de reserva y reducción de picos. Las aplicaciones específicas podrían necesitar soluciones de almacenamiento de energía múltiples o híbridas para alcanzar diversos objetivos.

    Definir las métricas de rendimiento: ¿Qué factores críticos determinarán el éxito del sistema de almacenamiento de energía? A modo de ejemplo, considere los siguientes: potencia nominal, potencia energética nominal, eficiencia de ida y vuelta, velocidad de rampa, duración de la descarga, duración del ciclo, etc. La aplicación o aplicaciones y las circunstancias de la red afectarán a estos parámetros.

    Selección de tecnología

    ¿Qué innovaciones en materia de almacenamiento de energía son las más adecuadas para alcanzar los objetivos de rendimiento? Las baterías de iones de litio, las baterías de plomo-ácido, la energía hidroeléctrica almacenada por bombeo, el almacenamiento de energía por aire comprimido, las baterías de flujo redox, el hidrógeno, etc., son algunos ejemplos. Cada tecnología tiene sus pros y sus contras en cuanto a coste, rendimiento, longevidad, seguridad y efecto medioambiental.Cómo diseñar un sistema comercial de almacenamiento de energía según las exigencias de la aplicación

    Diseñar el sistema

    ¿Cómo se configurará e integrará el sistema de almacenamiento de energía con otros componentes? Por ejemplo, ¿cuántos módulos o unidades se necesitarán? ¿Cómo se conectarán entre sí y se gestionarán? ¿Cuál será su relación con la red y otras fuentes de energía? ¿Cómo se supervisarán y protegerán?

    Evaluar el sistema

    ¿Cómo se probará y validará el sistema de almacenamiento de energía? Por ejemplo, ¿cómo se medirán y verificarán los parámetros de rendimiento? ¿Cómo se evaluarán la fiabilidad y la durabilidad? ¿Cómo se cuantificarán los beneficios económicos y medioambientales?

    ¿Cómo calcular el coste y el beneficio del sistema comercial de almacenamiento de energía?

    Determinar el coste y la utilidad de los dispositivos comerciales de almacenamiento de energía no es sencillo. Hay muchos factores y variables que afectan a la economía del almacenamiento de energía, como el coste de capital, el coste de funcionamiento y mantenimiento, el coste de degradación y sustitución, los flujos de ingresos, los incentivos y las políticas, y las condiciones del mercado.

    Por ello, es fundamental evaluar muchas posibilidades y situaciones con un planteamiento sistemático y transparente.

    El coste nivelado de almacenamiento (LCOS) es una estadística típica utilizada para evaluar el coste y el valor de los sistemas comerciales de almacenamiento de energía. El LCOS es el coste medio por unidad de energía producida por el sistema de almacenamiento que habría que vender para cubrir todos los gastos del proyecto a lo largo del mismo. Se puede determinar el coste de vida útil del sistema de almacenamiento dividiendo la producción total de energía del sistema durante su vida útil.

    El coste total de la vida útil del sistema de almacenamiento incluye el coste de capital original, los gastos de explotación y mantenimiento, los costes de deterioro y sustitución y cualquier coste adicional relacionado con la financiación, los impuestos o el desmantelamiento.

    El rendimiento y la eficiencia del sistema, así como el consumo y la aplicación, determinan la producción total de energía de por vida del sistema. Un ejemplo es que la producción de energía de un sistema de almacenamiento utilizado para la reducción de picos será diferente de la de uno utilizado para el control de la frecuencia.

    El LCOS puede compararse con los flujos de ingresos o costes evitados que el sistema de almacenamiento puede generar o permitir.

    Por ejemplo, un sistema de almacenamiento puede obtener ingresos prestando servicios de red como la regulación de la frecuencia o la participación en el mercado de capacidad. Aumentar el autoconsumo de energía renovable, reducir los cargos por demanda o posponer las mejoras de transmisión o distribución son otras formas en que un sistema de almacenamiento puede reducir costes.

    Se puede determinar la rentabilidad de un proyecto de almacenamiento comparando el LCOS con los ingresos o costes ahorrados. Sin embargo, las circunstancias y reglas del mercado pueden hacer que este diferencial cambie con el tiempo y en distintos lugares.

    Por lo tanto, al estimar el coste y el valor de un sistema comercial de almacenamiento de energía, es crucial tener en cuenta la incertidumbre y la sensibilidad de estos parámetros.

    Factores a tener en cuenta al elegir fabricantes de sistemas comerciales de almacenamiento de energía

    El rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad del proyecto de almacenamiento de energía pueden verse afectados por el fabricante que elija para los sistemas comerciales de almacenamiento de energía. Hay muchos factores a tener en cuenta a la hora de elegir un fabricante, por ejemplo:

    ● Tecnología: Una cosa que siempre hay que tener en cuenta en primer lugar es el tipo de tecnología de almacenamiento de energía que ofrece el fabricante que quieres comprar. Muchos de ellos pueden utilizar baterías de iones de litio, baterías de plomo-ácido, centrales hidroeléctricas de bombeo, almacenamiento de energía por aire comprimido, baterías de flujo redox, hidrógeno, etc. Todas estas tecnologías son magníficas a su manera y también tienen sus defectos, así que elige la que se ajuste a los requisitos de tu aplicación y a tus parámetros de rendimiento.

    ● Calidad: El nivel de los productos y servicios del fabricante también debe tenerse en cuenta constantemente. Considere con qué eficacia se adhieren a las normas y reglamentos del sector y cómo garantizan que sus productos son fiables y seguros. Asegúrese de que cuentan con una trayectoria acreditada para probar y validar los productos antes de su entrega, al tiempo que gestionan la asistencia posventa y la garantía. Debe elegir un proveedor con una sólida reputación de fiabilidad y satisfacción del cliente.Elegir un fabricante de sistemas de almacenamiento de energía comercial

    ● Experiencia: El fabricante que elijas debe tener conocimientos y experiencia en el sector del almacenamiento de energía. Puede hacerse una idea de su capacidad por el tiempo que llevan en el sector y el número de proyectos que han realizado con éxito. Averiguando esto, podrá determinar lo diversificados que están sus mercados y clientes, así como lo vanguardistas que son sus ofertas. Debe elegir un fabricante con una sólida reputación y una sólida cartera de proyectos de almacenamiento de energía.

    ● Coste: Dado que cada fabricante fija sus precios de forma diferente, deberías determinar el coste de su producto. Esto podría ayudarle a comprender lo asequible que es el precio en comparación con otras empresas.

    Gracias a la transparencia de sus precios, puede elegir sabiamente comprobando los distintos modelos y marcos de precios. Además, varios fabricantes ofrecen alternativas de financiación y periodos de pago flexibles, lo que simplifica el cumplimiento de un plan de pagos. Debe elegir un fabricante que sea asequible y ofrezca valor.

    ● Soporte: También es esencial que el fabricante elegido ofrezca un buen servicio de atención al cliente. Puede averiguar hasta qué punto responden a sus consultas y peticiones. Esto demuestra lo bien que se comunicarán y colaborarán con usted durante todo el ciclo de vida del proyecto.

    ¿Pueden conectarse los sistemas comerciales de almacenamiento en baterías con los fotovoltaicos?

    Es posible establecer un sistema de energía solar más almacenamiento conectando sistemas comerciales de almacenamiento en baterías y energía fotovoltaica (FV). Este sistema puede almacenar energía solar adicional durante el día y utilizarla por la noche o durante cortes en la red. De hecho, reduce los costes de demanda y las tarifas de red, al tiempo que aumenta el autoconsumo y la fiabilidad de la electricidad solar.

    Además de participar en mercados energéticos como la respuesta a la demanda o el arbitraje energético, un sistema de energía solar más almacenamiento puede ofrecer servicios de red como la gestión de la frecuencia o el apoyo a la tensión. Un sistema de energía solar más almacenamiento puede ser una opción económicamente rentable y medioambientalmente responsable para las empresas.

    ¿Dónde puedo comprar sistemas comerciales de almacenamiento de energía?

    Puedes comprar sistemas comerciales de almacenamiento de energía a fabricantes, integradores o distribuidores. También puedes ponerte en contacto con una empresa de servicios energéticos que te ayude a diseñar e instalar un sistema a medida de tus necesidades.

    Grevault es una empresa profesional del sector del almacenamiento de energía industrial y comercial, con varios años de experiencia práctica.

    La dilatada experiencia de la empresa ha permitido al equipo acumular una gran cantidad de conocimientos y experiencia en este campo.

    Poseen una gran capacidad para proponer soluciones energéticas adaptadas a las necesidades específicas de sus clientes, garantizando que éstos reciban el mejor servicio posible.

    Conclusión

    Los sistemas comerciales de almacenamiento de energía son cada vez más aceptados y asequibles a medida que mejora la tecnología y la normativa fomenta su uso. Estos sistemas pueden almacenar y transmitir energía para diversos usos, como la reducción de picos, la gestión de frecuencias, la integración de energías renovables, la energía de reserva y otros. Para tomar la mejor decisión es necesario comprender la tecnología y el diseño del sistema.

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