Cómo aportar flexibilidad a la red con almacenamiento de energía y tecnología digital
En la subestación Bellac se está construyendo un sistema de almacenamiento de energía de 30,8 MWh para el operador francés del sistema de transmisión RTE. El emplazamiento es uno de los tres que se están estableciendo como parte del proyecto RINGO, que probará baterías a gran escala como una forma de aliviar la congestión en la red de transmisión. La flexibilidad es un factor importante para los sistemas de almacenamiento de energía que Saft está aportando para este proyecto.
Construyendo una mayor flexibilidad
Gestionar picos de capacidad de generación se está convirtiendo en un gran desafío para los operadores de sistemas de transmisión durante la transición energética. La sociedad se está alejando de las centrales térmicas centralizadas con un flujo de energía de arriba hacia abajo, hacia energías renovables distribuidas por toda la red.
Las plantas de generación renovable a menudo se ubican al filo de la red eléctrica, donde los recursos eólicos y solares son ricos pero la red es a menudo débil y tiene una capacidad limitada para acomodar la capacidad total de los parques eólicos o solares. El enfoque tradicional sería invertir en líneas de transmisión de alta tensión y subestaciones nuevas o mejoradas. Sin embargo, esta opción es una forma cara de gestionar los períodos pico que pueden durar solo unos minutos. En cambio, RTE está explorando el almacenamiento de energía como una alternativa más flexible.
Un enfoque de mercado neutral
Normalmente, los operadores pueden gestionar los picos de producción con técnicas de recorte de picos. En este modo, el sistema de almacenamiento acumulará energía en los momentos de máxima producción, cuando el precio del mercado es bajo. Luego la liberará más tarde cuando la demanda se haya recuperado y el precio sea alto. Sin embargo, RTE es una empresa energética regulada cuya misión es el servicio público, por lo que no puede interferir en los mercados eléctricos competitivos afectando al precio o la disponibilidad de energía.
En lugar de un simple recorte de picos, RTE ha desarrollado un nuevo concepto para RINGO, en el que sistemas de almacenamiento de energía ubicados en diferentes lugares de Francia almacenarán y liberarán energía simultáneamente. Esto asegura que se aproveche todo el potencial de las energías renovables variables, en otras palabras, evitar restricciones. También supera posibles cuellos de botella en la infraestructura de transmisión, sin afectar la cantidad neta de energía en la red en ningún momento.
En una etapa inicial del proyecto RINGO, Saft brindó a RTE asesoramiento sobre las posibles funcionalidades del almacenamiento de energía y su papel en la red. El objetivo era ayudar a RTE a evaluar una solución de almacenamiento que fuera avanzada y con visión de futuro, a la vez que técnica y económicamente viable.
Ubicación de las subestaciones y los sistemas de almacenamiento de energía
En el marco del proyecto RINGO, RTE se ha centrado en tres subestaciones en zonas de Francia ricas en energía renovable. Debido a su misión de servicio público como operador de la red de transporte francesa, la compañía vio la oportunidad de desarrollar la industria del almacenamiento de energía del país y nombró a tres empresas o consorcios franceses para suministrar las nuevas instalaciones de almacenamiento.
Saft está trabajando con su socio de proyecto Schneider Electric en la subestación Bellac en la región de Haute-Vienne en el oeste de Francia, que produce una cantidad significativa de energía solar. Saft y Schneider Electric tienen una larga trayectoria de trabajo conjunto en varios proyectos comerciales y de demostración de I+D.
Éstos incluyen el proyecto VENTEEA para el operador de distribución francés Enedis, así como un contrato para entregar sistemas de almacenamiento de energía para dos plantas solares en Córcega para Langa Group.
Schneider suministra los transformadores y convertidores de potencia CA/CC, además de equipos de protección y control. Saft entrega un sistema de almacenamiento de energía de Li-ion basado en bloques de construcción en contenedores estándar de 2,5 MWh.
Los contenedores de Saft se desarrollan íntegramente en la empresa, incluidos los sistemas de gestión térmica, gestión de seguridad y control. Saft comenzó a trabajar en enero de 2020, mientras que la puesta en marcha está programada para enero de 2022.
El sistema de almacenamiento está alojado en contenedores de transporte independientes de 20 pies que son completamente ensamblados y probados en las instalaciones de Saft en Burdeos, Francia, y que se entregarán en Bellac listos para enchufar y usar.
La segunda subestación que recibirá un sistema de almacenamiento de 10 MW de potencia y 30,2 MWh de Blue Solutions y ENGIE Solutions, se encuentra en Ventavon, en la región de Hautes-Alpes del sureste de Francia, que también es rica en energía solar. El sitio debe comenzar a funcionar en julio de 2021.
En la subestación de Vingeanne en Cote d’Or, en el este de Francia, Nidec ASI está suministrando una solución de 12 MW de potencia y 37 MWh de capacidad energética. Esta región tiene una alta penetración eólica y RTE planea iniciar operaciones experimentales en marzo de 2021.
Los tres consorcios trabajaron con especificaciones similares de RTE, aunque se adaptaron a las condiciones locales. Para garantizar una buena relación calidad-precio para sus clientes, RTE implementó especificaciones muy exigentes en términos de garantías de funcionalidad y rendimiento. También realizó una evaluación del ciclo de vida para evaluar el impacto ambiental de sus nuevas instalaciones de principio a fin.
Almacenar y liberar energía simultáneamente
El proyecto RINGO establecerá sistemas de baterías que trabajarán juntos para aliviar la congestión de la red. Para ilustrar la necesidad de este enfoque, consideremos una ciudad típica con una demanda máxima de 130 MW. Aunque esto puede equipararse con la capacidad de generación de un parque eólico cercano, las líneas de transmisión existentes están limitadas a 100 MW.
Al instalar un sistema de almacenamiento en cualquier extremo de este cuello de botella de la red, el operador de red puede almacenar 30 MW aguas arriba, al mismo tiempo que libera 30 MW en la ciudad. Una vez que la demanda máxima ha disminuido, el sistema de almacenamiento aguas arriba puede liberar energía a través de la línea de transmisión al sistema de almacenamiento de la ciudad.
Sin embargo, si se implementara una red de subestaciones de almacenamiento, RTE podría usarlas de manera flexible dependiendo de la producción y demanda de energía renovable. Por ejemplo, en momentos de alta producción solar en Haute-Vienne pero poco viento en Cote d’Or y tiempo nublado en Hautes-Alpes, la subestación de Bellac podría absorber 10 MW, mientras que Vingeanne y Ventavon liberan 2 MW y 8 MW respectivamente.
Tendencia hacia una capacidad energética elevada
La subestación de Bellac es capaz de almacenar hasta 30,8 MWh con una potencia nominal de 10 MW. Esto equivale a la producción de cinco aerogeneradores o la demanda de un pueblo de 10.000 habitantes.
Es una de las primeras implementaciones de almacenamiento en contenedor Intensium® Max 20 High Energy (HE) de Saft. Éste se lanzó en 2019 para satisfacer la creciente demanda de soluciones para proporcionar energía durante largos períodos, generalmente varias horas.
Éste es un ejemplo de cómo está cambiando el almacenamiento . La primera generación de almacenamiento de energía conectado a la red tenía la función principal de regulación de frecuencia. Esto requiere que una batería actúe rápidamente para inyectar y absorber energía para ayudar al operador de la red a mantener una frecuencia estable dentro de límites estrictamente definidos.
Requiere un sistema de batería con capacidad de alta potencia durante un período corto, generalmente de unos pocos segundos. Esto crea un patrón de ciclos “pequeños y frecuentes”, que es ideal para preservar una vida útil prolongada, ya que la vida útil de la batería está estrechamente relacionada con la profundidad de descarga y los ciclos de carga.
Sin embargo, el proyecto RINGO y otras aplicaciones de almacenamiento de energía requieren una mayor capacidad de almacenamiento de energía durante un período más largo. El ejemplo más intensivo en energía sería el modelado de energía, donde un sistema de almacenamiento podría absorber toda la producción diurna de una planta solar y entregar esa energía durante los picos de demanda de la tarde y la mañana de la misma manera que una central eléctrica de carga base.
Gestionar múltiples casos de uso
En la subestación Bellac, los ingenieros de Saft dimensionaron el sistema de almacenamiento de energía para proporcionar 10 MW de potencia durante dos horas, aunque también es capaz de entregar hasta 20 MW de potencia máxima en futuros casos de uso alternativos. Dentro de esta capacidad, la compañía ha tenido en cuenta la eficiencia de conversión CA/CC e incluyó cierta capacidad de reserva para permitir el envejecimiento de la batería, así como para los casos en que la batería puede no estar completamente cargada al comienzo de un ciclo de trabajo.
Dado que la profundidad de descarga es una consideración importante para el envejecimiento de la batería, Saft ha diseñado el sistema para que tenga una profundidad de descarga variable, desde un pequeño porcentaje hasta un máximo del 70% de su capacidad en un solo ciclo.
No es tan simple como decirlo que una batería pueda especificarse para ciclos profundos o que tiene una ventaja de ciclos profundos sobre otras baterías del mismo tipo. Por lo tanto, Saft se enfoca en ayudar a clientes como RTE a optimizar la vida útil de la batería en aplicaciones de ciclos profundos. Esto significa adoptar la mejor estrategia operativa para tener en cuenta los mecanismos de envejecimiento de la electroquímica.
Saft tiene la ventaja de comprender estos factores a medida que desarrolla y fabrica celdas, módulos y sistemas de baterías Li-ion utilizando sus propias mezclas químicas en varios mercados industriales.
La subestación de Bellac está programado para energizarse en mayo de 2021 y debe entrar en servicio en octubre de 2021. RTE probará diferentes modos de operación durante un período de prueba de tres años. Durante este tiempo, el operador de la red de transmisión afinará el sistema y obtendrá conocimientos prácticos.
Una vez que finalice el experimento en 2024/2025, RTE cederá el uso de las baterías a terceros inversores, quienes podrán utilizarlas para proporcionar servicios como regulación de frecuencia, equilibrado de red y arbitraje energético.
El sistema es lo suficientemente flexible para manejar muchos escenarios, incluidos múltiples ciclos de carga y descarga en un solo día en todo su estado de carga. También puede proporcionar un cambio rápido de carga a descarga, que es esencial para la respuesta de frecuencia.
Durante su vida útil, Saft brindará soporte en forma de garantías extendidas y garantías de tiempo de actividad. El equipo de la empresa proporcionará capacitación, repuestos, monitorización y soporte técnico telefónico, además de realizar el mantenimiento y las reparaciones de forma independiente y en colaboración con los propios equipos de mantenimiento de RTE.
Arquitectura flexible
El otro aspecto de la flexibilidad es que la solución en Bellac podría implementarse en otros sitios de RTE. Ha sido diseñada en tres ramas, estando compuesto por tres transformadores, cada uno de los cuales es servido por dos convertidores de potencia y cuatro contenedores de baterías.
Cada rama es idéntica, con los contenedores con disposiciones idénticas de celdas de batería, sistema de gestión de batería, gestión térmica y sistemas de seguridad. En teoría, RTE u otro propietario podrían cambiar la configuración o colocar un sistema de almacenamiento en la parte trasera de un camión y trasladarlo a otro sitio.
El control es la clave para escalar. Esencialmente, los operadores pueden utilizar contenedores de almacenamiento como un componente básico para crear sistemas a gran escala de hasta 100 MW.
Sin embargo, a medida que los sistemas se vuelven más complejos, necesitan sistemas de control sofisticados para garantizar una carga y un equilibrio óptimos.
Esto optimiza la disponibilidad de la energía y garantiza que todas las cadenas de baterías se mantengan en el mismo estado de carga y que no experimenten el efecto “SOC drift”, que es un término que describe una discrepancia entre el estado de carga real y el estado de carga registrado por el sistema de control.
Por este motivo, Saft presentó su nuevo sistema de control CUBE, que puede gestionar hasta 52 series de baterías en paralelo alimentando un solo convertidor de potencia. Aunque está conectado eléctricamente a varios contenedores, el convertidor de energía los ve a todos como una sola batería. El sistema de control también puede permitir a los operadores aislar una sola cadena para su mantenimiento mientras las otras cadenas permanecen en funcionamiento. Esto proporciona redundancia y alta disponibilidad del sistema.