Las plantas de energía de pico , también conocidas como plantas de pico , y ocasionalmente simplemente "picos", son plantas de energía que generalmente funcionan solo cuando hay una alta demanda, conocida como demanda pico , de electricidad . [1] Debido a que suministran energía sólo ocasionalmente, la energía suministrada tiene un precio por kilovatio hora mucho más alto que la energía de carga base . Las plantas de energía de carga máxima se envían en combinación con plantas de energía de carga base , [ cita necesaria ] que suministran una cantidad de electricidad confiable y constante, para satisfacer la demanda mínima.
Aunque históricamente las plantas de energía de pico se usaban frecuentemente junto con plantas de carga base de carbón, ahora las plantas de pico se usan con menos frecuencia. Las plantas de turbinas de gas de ciclo combinado tienen dos o más ciclos, el primero de los cuales es muy similar a una planta de pico, y el segundo funciona con el calor residual de la primera. Ese tipo de planta suele ser capaz de arrancar rápidamente, aunque con una eficiencia reducida, y luego, al cabo de algunas horas, pasar a un modo de generación de carga base más eficiente. Las plantas de ciclo combinado tienen un coste de capital por vatio similar al de las plantas de pico, pero funcionan durante períodos mucho más largos y utilizan menos combustible en general, por lo que proporcionan electricidad más barata.
A partir de 2020, las turbinas de gas de ciclo abierto generan un coste de electricidad de entre 151 y 198 dólares/MWh. [2]
En algunos lugares , las plantas de pico han sido reemplazadas por almacenamiento de baterías . [3] La Autoridad de Energía de Nueva York (NYPA) está buscando reemplazar las plantas de gas de pico con almacenamiento en baterías, [4] [5] 142 Tesla Megapacks (que proporcionan 100 MW) reemplazaron una planta de gas de pico en el condado de Ventura , California [6] [ 7] y en Lessines , Bélgica, 40 Tesla Megapacks (50 MW) sustituyeron a un generador turborreactor. [8] El Consejo de Energía Limpia de Australia descubrió en abril de 2021 que el almacenamiento en baterías puede ser un 30% más barato que las plantas de gas. [9]
Las horas pico generalmente ocurren en la mañana o al final de la tarde/noche, dependiendo de la ubicación. En climas templados, las horas pico suelen ocurrir cuando los electrodomésticos se utilizan intensamente por la noche después del horario laboral. En climas cálidos, el pico suele ser al final de la tarde, cuando la carga de aire acondicionado es alta; durante este tiempo, muchos lugares de trabajo todavía están abiertos y consumiendo energía. En climas fríos, el pico se produce por la mañana, cuando se ponen en marcha la calefacción y la industria. [10]
Una planta de máxima actividad puede funcionar muchas horas al día o puede funcionar sólo unas pocas horas al año, dependiendo del estado de la red eléctrica de la región . Debido al costo de construir una planta de energía eficiente, si una planta de pico sólo va a funcionar durante un tiempo corto o muy variable, no tiene sentido económico hacerla tan eficiente como una planta de energía de carga base. Además, los equipos y combustibles utilizados en las plantas de carga base a menudo no son adecuados para su uso en plantas de máxima demanda porque las condiciones fluctuantes sobrecargarían gravemente el equipo. Por estas razones, las centrales nucleares , de valorización de residuos , de carbón y de biomasa rara vez, o nunca, funcionan como plantas de máxima actividad.
A medida que los países tienden a alejarse de las plantas de carga base alimentadas con combustibles fósiles y hacia fuentes de energía renovables pero intermitentes, como la eólica y la solar, hay un aumento correspondiente en la necesidad de sistemas de almacenamiento de energía en la red , como alternativas renovables a la construcción de más energía de pico o carga posterior. plantas. Otra opción es una distribución más amplia de la capacidad de generación, mediante el uso de interconexión de redes, como las rutas de interconexión WECC .
Las plantas de pico son generalmente turbinas de gas o motores de gas que queman gas natural . Algunos queman biogás o líquidos derivados del petróleo , como gasóleo y combustible para aviones , pero generalmente son más caros que el gas natural, por lo que su uso se limita a zonas que no cuentan con gas natural. Además del gas natural, muchas plantas en su punto máximo pueden utilizar petróleo como combustible de respaldo, almacenándolo en tanques en el sitio. La eficiencia termodinámica de las centrales eléctricas de turbinas de gas de ciclo simple oscila entre el 20 y el 42 %, siendo la media para una central nueva entre el 30 y el 42 %.
Para una mayor eficiencia, se agrega un generador de vapor con recuperación de calor (HRSG) en el escape. Esto se conoce como planta de ciclo combinado . La cogeneración utiliza el calor residual de escape para procesos, calefacción urbana u otros usos de calefacción. Ambas opciones se utilizan sólo en plantas que van a funcionar durante períodos más largos de lo habitual. A veces se utilizan generadores de gas natural y diésel con motores alternativos para respaldar la red en plantas más pequeñas.
Otra opción para aumentar la eficiencia y la producción de energía en las turbinas de gas es instalar un sistema de enfriamiento del aire de entrada de la turbina , que enfría la temperatura del aire de entrada aumentando la relación de flujo másico. Esta opción, en combinación con un tanque de almacenamiento de energía térmica , puede aumentar la potencia de salida de la turbina en períodos pico hasta en un 30%. [11]
Las represas hidroeléctricas son intencionalmente variables; pueden generar menos durante las horas valle y responder rápidamente a las demandas pico, por lo que la hidroelectricidad puede funcionar como una planta de seguimiento de carga o de pico y, con suficiente agua, una planta de carga base. Las turbinas de gas natural o el almacenamiento por bombeo se utilizan a menudo cuando no hay suficiente energía hidroeléctrica para responder a las variaciones diarias y semanales en la generación y el consumo. [13] No es inusual que se construya una presa con más capacidad de la que puede sostener el suministro de agua, lo que permite una producción máxima más alta. Mejorar los equipos de las represas existentes puede ser una de las formas menos costosas de aumentar la generación máxima. [14] La capacidad de variar la cantidad de electricidad generada a menudo está limitada por el requisito de que se cumplan los flujos mínimos o máximos aguas abajo. [15]
La hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo es la forma de almacenamiento de energía de red de mayor capacidad disponible, y se utiliza para promediar las demandas eléctricas pico y valle. El sitio almacena energía utilizando el potencial gravitacional del agua almacenada en un depósito. Se utiliza energía eléctrica de bajo costo fuera de las horas pico proveniente de la carga base o de fuentes intermitentes para bombear agua a baja altura y almacenarla en un depósito de gran altura. Durante los períodos de alta demanda eléctrica, el agua almacenada se libera a través de turbinas para producir energía eléctrica. Los tiempos de inicio son sólo unos minutos y algunos pueden comenzar en unas pocas decenas de segundos. [dieciséis]
Las baterías se utilizan en algunos casos donde las condiciones favorecen el flujo fluido (evitando una costosa actualización de la línea eléctrica), así como el suministro de energía máxima [17] [18] y otros servicios de red [19] como la reserva operativa , a veces en configuración híbrida con turbinas [20] o motores diésel. La energía de la batería es, con diferencia, la que responde más rápidamente de todas las centrales eléctricas y puede responder a las condiciones de la red en escalas de tiempo de milisegundos, dando a los equipos de respuesta más lenta la oportunidad de reaccionar ante los cortes.
El almacenamiento por bombeo y las baterías son consumidores netos, ya que no tienen una fuente de energía inherente, y la conversión entre electricidad y almacenamiento y viceversa genera algunas pérdidas.
Las plantas solares térmicas de máxima potencia se propusieron en 2017, en el marco de una adjudicación del Mercado de Tecnología 2 Energética de EE. UU. [21] a Hank Price de SolarDynamics, cuyo artículo "Dispatchable Solar Power Plant" [22] proponía utilizar el almacenamiento de energía térmica inherente a una planta solar térmica. planta de energía solar , que permite que esta forma de energía solar basada en calor se genere como un pico de gas, suministre energía según la demanda de día o de noche y, a cambio, sea controlada por la empresa de servicios públicos y pagada en pagos por capacidad para que esté disponible cuando sea necesario, como una Planta de pico tradicional. Una planta de energía solar térmica produce electricidad en una planta de energía de ciclo de vapor como una planta de energía tradicional, pero el calor para el vapor es suministrado por energía solar que calienta un material como las sales fundidas y almacena el calor hasta que se necesita para producir vapor para la generación de energía.
Un sistema de suministro eléctrico económico también incluirá plantas de energía de carga base . Estas unidades generadoras enfatizarán el bajo costo incremental del combustible, pero pueden requerir una mayor inversión de capital para mejorar la eficiencia. Por ejemplo, una planta de pico podría utilizar sólo una turbina de gas, mientras que una planta de carga base también podría agregar un "ciclo inferior" de vapor para mejorar el consumo general de combustible de la planta por unidad de electricidad producida. Las plantas nucleares y de carbón generalmente funcionan de manera continua, deteniéndose sólo para mantenimiento o cortes inesperados. El bajo costo incremental del combustible de las centrales nucleares en comparación con el alto costo de capital hace que sea más económico utilizarlas para el suministro de carga base. Se pueden utilizar plantas hidroeléctricas con pocas restricciones en el suministro de agua para la carga base, ya que su costo incremental de combustible es cero. Dado que una planta de energía de ciclo de vapor puede tardar horas en pasar del modo de espera en frío a la potencia máxima, generalmente no se utilizan para brindar servicio de carga máxima. [23]
Las centrales eléctricas de carga intermedia , como las hidroeléctricas, operan entre estos extremos, restringiendo su producción durante las noches y los fines de semana cuando la demanda es baja. Las plantas de carga base e intermedias se utilizan preferentemente para satisfacer la demanda eléctrica porque las menores eficiencias de las plantas de pico encarecen su operación. [24]
La instalación ofrece capacidades de almacenamiento de energía similares a las de las instalaciones hidroeléctricas de bombeo, al tiempo que ayuda a mejorar el equilibrio entre oferta y demanda.
capacidad de 20 MW/80 MWh.
El sistema se cargará utilizando electricidad de la red durante las horas de menor actividad, cuando la demanda es baja, y luego entregará electricidad durante las horas pico.
gestionar la demanda durante los períodos pico, proporcionar energía de respaldo confiable y reducir los cargos por demanda pico durante el día.
El proyecto también apunta a vender regulación de frecuencia.
La empresa de servicios públicos está aprovechando múltiples flujos de valor.
Dos unidades híbridas de turbina eléctrica de gas (EGT).
Cada planta de máxima potencia está en el rango de los 50 megavatios y está equipada con un conjunto de baterías capaces de proporcionar 10 megavatios y 4 megavatios-hora de energía.
El truco aquí es cómo coordinar el sistema de control, por lo que desde el punto de vista de la operación de la red, se ve una caja negra que suministra energía cuando la necesitan y cuando la necesitan.
