2024-12-20
2024-12-20

Guía completa de sistemas de almacenamiento de energía en baterías

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) son tecnologías avanzadas diseñadas para capturar, almacenar y distribuir energía eléctrica de forma eficiente. Estos sistemas, formados por componentes clave como módulos de baterías, sistemas de conversión de energía y sofisticados controles de gestión, desempeñan un papel crucial en la estabilidad de la red, la integración de las energías renovables y la gestión de la calidad de la energía.

Componentes básicos de BESS

En el corazón de un BESS hay tres componentes críticos que trabajan al unísono para garantizar un almacenamiento y liberación eficientes de la energía. El sistema de baterías, que utiliza principalmente la tecnología de iones de litio, consta de múltiples celdas organizadas en módulos y bastidores para convertir la energía química en energía eléctrica. Los sistemas de gestión desempeñan un papel fundamental, incluyendo el Sistema de gestión de baterías (BMS) para controlar los parámetros de la célula, el Sistema de gestión de la energía (SGE) para optimizar el funcionamiento, y sistemas de gestión térmica que regulan la temperatura para mantener el rendimiento y la seguridad. Como complemento está el componente de electrónica de potencia, que incluye un inversor bidireccional o Sistema de conversión de energía (PCS)que permite una conversión perfecta de corriente continua a alterna para la carga y descarga, al tiempo que garantiza la compatibilidad con los requisitos de la red.

Juntos, estos componentes permiten a los BESS almacenar la energía sobrante durante los periodos de baja demanda y descargarla cuando es necesario, mejorando la estabilidad de la red y fomentando la integración de las fuentes de energía renovables. Además, los avanzados algoritmos de control del EMS y las innovaciones en la gestión térmica han mejorado aún más la eficiencia y prolongado la vida útil del sistema, convirtiendo a los BESS en una piedra angular de la infraestructura energética moderna.

Cómo funciona BESS

Crédito a Totalenergies

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) funcionan mediante un sofisticado proceso de captación, almacenamiento y distribución de energía. El sistema empieza captando energía eléctrica de diversas fuentes, incluidos generadores de energía renovables y no renovables. A continuación, esta energía se convierte de CA a CC y se almacena en baterías recargables, normalmente células de iones de litio dispuestas en módulos y bastidores.

Durante el funcionamiento, el sistema de gestión de la batería (BMS) supervisa y controla continuamente los parámetros de cada célula, como la tensión, la temperatura y el estado de carga. Esto garantiza un rendimiento óptimo y la longevidad del sistema de baterías. El Sistema de Gestión de la Energía (EMS) trabaja en tándem con el BMS para optimizar el funcionamiento general del sistema, decidiendo cuándo cargar o descargar en función de las demandas de la red, los precios de la energía y otros factores.

Cuando se necesita energía, la CC almacenada se convierte de nuevo en CA a través del Sistema de Conversión de Potencia (PCS), también conocido como inversor bidireccional. Este componente es crucial para garantizar que la potencia de salida cumpla los requisitos de la red en términos de tensión y frecuencia. El PCS también gestiona el flujo de energía durante los ciclos de carga y descarga, manteniendo la estabilidad de la red.

Los BESS pueden funcionar en varios modos para apoyar las funciones de la red. Para regular la frecuencia, el sistema puede inyectar o absorber energía rápidamente para mantener la frecuencia de la red dentro de límites aceptables. En las aplicaciones de reducción de picos, los BESS descargan la energía almacenada durante los periodos de mayor demanda para reducir la presión sobre la red y reducir potencialmente los costes de la electricidad para los usuarios.

Para la integración de las energías renovables, el BESS desempeña un papel vital a la hora de suavizar la naturaleza intermitente de la energía solar y eólica. Almacena el exceso de energía durante los periodos de alta producción y la libera cuando la generación disminuye, garantizando un suministro eléctrico más constante. Esta capacidad es especialmente importante para mantener la estabilidad de la red a medida que aumenta la proporción de energías renovables en el mix energético.

Las implementaciones avanzadas de BESS también incorporan análisis predictivos y algoritmos de aprendizaje automático para optimizar el rendimiento. Estos sistemas pueden anticipar los patrones de demanda de energía, las condiciones meteorológicas que afectan a la generación renovable e incluso los precios del mercado eléctrico para tomar decisiones informadas sobre cuándo almacenar o liberar energía.

La seguridad es una preocupación primordial en el funcionamiento de los BESS. Los sistemas modernos incluyen múltiples capas de protección, como sistemas de gestión térmica para evitar el sobrecalentamiento, mecanismos de extinción de incendios y protocolos de aislamiento para contener posibles problemas. La supervisión continua y las respuestas de seguridad automatizadas garantizan que el sistema pueda reaccionar rápidamente ante cualquier anomalía, manteniendo un funcionamiento seguro y fiable. Al gestionar eficientemente el flujo de energía entre la generación, el almacenamiento y el consumo, el BESS funciona como un componente crítico en el panorama energético moderno, permitiendo una mayor flexibilidad, fiabilidad y sostenibilidad en los sistemas de energía.

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Aplicaciones de BESS

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos sectores, contribuyendo a la estabilidad de la red, la integración de las energías renovables y la gestión de los costes energéticos. He aquí algunas aplicaciones clave de los BESS:

Estabilización de la red: Las BESS pueden responder rápidamente a las fluctuaciones de la oferta y la demanda de energía, ayudando a mantener la frecuencia de la red y la estabilidad de la tensión.
Integración de las energías renovables: Los BESS almacenan el exceso de energía procedente de fuentes renovables intermitentes, como la solar y la eólica, y la liberan cuando baja la generación para garantizar un suministro eléctrico constante.
Afeitado de picos: Al descargar la energía almacenada durante los periodos de mayor demanda, los BESS ayudan a reducir la presión sobre la red y, potencialmente, los costes de la electricidad para los usuarios.
Cambio de carga: Los BESS permiten almacenar energía durante periodos de baja demanda y bajo coste para utilizarla en periodos de alta demanda y alto coste, optimizando el consumo y los costes energéticos.
Energía de reserva: En caso de cortes en la red, los BESS pueden proporcionar energía de reserva crítica para hogares, empresas e infraestructuras esenciales.
Microrredes: El BESS desempeña un papel crucial en el funcionamiento de las microrredes, apoyando la independencia energética local y la resiliencia.
Carga de vehículos eléctricos: Los BESS pueden servir de apoyo a las estaciones de carga rápida para vehículos eléctricos, reduciendo la presión sobre la red durante las horas punta de carga.
Servicios auxiliares: Los BESS prestan diversos servicios de apoyo a la red, como la regulación de la frecuencia, el apoyo a la tensión y la capacidad de arranque en negro.

Estas diversas aplicaciones demuestran la versatilidad e importancia de los BESS en los sistemas energéticos modernos, contribuyendo a una infraestructura energética más flexible, fiable y sostenible.

Aumento de la tensión continua del BESS

La tendencia hacia tensiones de CC más altas en los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) está impulsada por varias ventajas clave:

Mejora de la eficiencia: Las tensiones más altas dan lugar a corrientes más bajas para la misma potencia, lo que reduce las pérdidas globales en el sistema de circuitos y mejora la eficiencia de ida y vuelta.
Mayor densidad energética: El aumento del voltaje permite una mayor densidad energética con las mismas limitaciones físicas, lo que posibilita diseños de BESS más compactos y potentes.
Tasas de carga/descarga más rápidas: Las baterías de alto voltaje pueden completar los ciclos de carga más rápidamente, dando cabida a demandas rápidas de energía y requisitos de alta potencia.
Reducción de costes: Los voltajes más altos permiten un cableado y una instalación más eficientes, reduciendo los costes totales del sistema. La adaptación del voltaje de CC del BESS a las instalaciones solares a escala comercial (normalmente 1500 VCC) elimina la necesidad de equipos adicionales de conversión de voltaje.
Compatibilidad con inversores avanzados: La mayoría de los inversores solares a escala de servicios públicos utilizan ahora una entrada de 1500 VDC, lo que hace que los BESS de mayor voltaje sean más compatibles con la infraestructura existente.

Estas ventajas están impulsando la evolución de los BESS hacia tensiones de CC más elevadas, lo que contribuye al crecimiento previsto del sector, que pasará de $1,2B en 2020 a $4,3B en 2025.

Retos de la instalación de BESS

Las instalaciones de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se enfrentan a varios problemas comunes que pueden afectar a su rendimiento, seguridad y eficiencia. Estos son algunos de los problemas más frecuentes:

Costes iniciales elevados: La inversión inicial en BESS puede ser considerable, lo que supone una barrera importante para su adopción.
Complejidades técnicas de integración: La integración de los BESS en la infraestructura existente suele requerir conocimientos y tecnología especializados.
Obstáculos normativos: La tramitación de permisos y normativas puede llevar mucho tiempo y ser complicada.
Retos de mantenimiento: Garantizar la fiabilidad a largo plazo requiere una gestión eficaz del ciclo de vida y un mantenimiento periódico.
Problemas de compatibilidad con la red: Garantizar la compatibilidad de los BESS con la red y gestionar la interconexión puede resultar problemático.
Cuestiones de seguridad: Una instalación incorrecta o unos componentes defectuosos pueden provocar riesgos de incendio y otros peligros para la seguridad.
Fallos del sistema de gestión de baterías (BMS): Un BMS poco fiable puede provocar paradas inesperadas y situaciones potencialmente peligrosas.
Cuestiones de equilibrio celular: Los desequilibrios entre células pueden reducir la eficacia del sistema y plantear riesgos para la seguridad.
Capacidad de almacenamiento insuficiente: Los errores en la estimación del estado de carga (SOC) pueden provocar una utilización ineficiente de la energía.
Problemas de gestión térmica: Los sistemas de refrigeración inadecuados pueden provocar el envejecimiento prematuro y la reducción del rendimiento de las baterías.

Para resolver estos problemas se requiere una planificación cuidadosa, una instalación experta y una supervisión continua que garanticen un rendimiento y una seguridad óptimos del BESS.

Baterías reutilizadas para BESS

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) pueden utilizar baterías de vehículos eléctricos (VE) reutilizadas, lo que supone una forma sostenible de prolongar la vida útil de las baterías y minimizar los residuos. Cuando las baterías de los vehículos eléctricos pierden aproximadamente 80-85% de su capacidad original, pueden reutilizarse para aplicaciones BESS, ofreciendo una segunda vida a las baterías de iones de litio y reduciendo al mismo tiempo la necesidad de una nueva producción. Este enfoque contribuye a la estabilización de la red, la integración de las energías renovables, la energía de reserva para infraestructuras críticas, la reducción de los picos de consumo y el cambio de carga para las industrias y el apoyo a las microrredes. Para 2025, se calcula que 75% de baterías usadas de vehículos eléctricos encontrarán aplicaciones de segunda vida antes de ser recicladas, lo que refleja el creciente énfasis en la sostenibilidad y la economía circular.

Sin embargo, el uso de baterías reutilizadas en proyectos BESS no está exento de dificultades. Las baterías recicladas suelen tener niveles de rendimiento inconsistentes debido a diversos grados de degradación, lo que puede afectar a la eficiencia y fiabilidad del sistema. Además, el proceso de recogida, comprobación y reacondicionamiento de estas baterías puede requerir mucho trabajo y ser costoso, lo que puede contrarrestar algunos beneficios medioambientales y económicos. A pesar de estos inconvenientes, la creciente demanda de soluciones sostenibles de almacenamiento de energía sigue haciendo de las baterías usadas de VE un recurso valioso para los proyectos de BESS.

Políticas gubernamentales en materia de BESS

Los gobiernos de todo el mundo reconocen cada vez más el papel fundamental de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para lograr los objetivos de transición energética y la estabilidad de la red. Muchos países han puesto en marcha políticas e iniciativas de apoyo para acelerar el despliegue de los BESS:

Estados Unidos ha introducido la Ley de Reducción de la Inflación, que incluye créditos fiscales a la inversión para proyectos de almacenamiento autónomos, impulsando la competitividad del almacenamiento a escala de red.
China anunció planes para instalar más de 30 GW de almacenamiento de energía de aquí a 2025, lo que demuestra su firme compromiso con la expansión del BESS.
India ha fijado ambiciosos objetivos para el desarrollo del almacenamiento de energía en baterías en su borrador del Plan Nacional de Electricidad, con el objetivo de alcanzar entre 51 y 84 GW de capacidad instalada para 2031-32.
La Comisión Europea ha publicado recomendaciones de medidas políticas para apoyar un mayor despliegue del almacenamiento de electricidad, reconociendo su importancia en la descarbonización del sistema energético.
Además, el Ministerio de Energía Limpia ha puesto en marcha una iniciativa mundial denominada "Supercharging Battery Storage Initiative", con el apoyo de la Comisión Europea, Australia, Estados Unidos y Canadá. Esta iniciativa pretende fomentar la cooperación internacional, reducir costes y crear cadenas de suministro sostenibles para las tecnologías de almacenamiento de energía.

Perspectivas del mercado de BESS

El mercado de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) está preparado para un crecimiento sustancial, impulsado por el aumento de la integración de las energías renovables y los esfuerzos de modernización de la red. Se prevé que el mercado mundial de BESS alcance los 1.044T51.700 millones en 2031, con una tasa de crecimiento interanual del 20,1% entre 2022 y 2031. Esta rápida expansión se ve impulsada por la disminución de los costes de las baterías de iones de litio, que han caído aproximadamente 80% en la última década.

Los principales motores del crecimiento son:

Aumento de la demanda de sistemas de almacenamiento de energía en red.
Rápida penetración de las baterías de iones de litio en el sector de las energías renovables.
Financiación pública y políticas de apoyo.
Aumento de las aplicaciones comerciales e industriales.

Se espera que el segmento de los servicios públicos registre la CAGR más alta durante el periodo de previsión, impulsado por las iniciativas para lanzar baterías de flujo con objetivos medioambientales, de longevidad y de seguridad. Desde el punto de vista geográfico, se prevé que Asia-Pacífico sea el mercado regional de mayor crecimiento, debido a la creciente demanda de energía y a las políticas gubernamentales favorables en países como India, China y Australia.