El Proyecto de Almacenamiento de Energía de Tehachapi ( TSP ) es un sistema de almacenamiento de energía en red basado en baterías de iones de litio de 8 MW /32 MWh en la Subestación Monolith de Southern California Edison (SCE) en Tehachapi, California , suficiente para abastecer entre 1.600 y 2.400 hogares durante cuatro horas. [1] En el momento de su puesta en servicio en 2014, era el sistema de baterías de iones de litio más grande que operaba en Norteamérica y uno de los más grandes del mundo. [2] [3] [4] [5] Se considera que el TSP es un pionero en el almacenamiento de energía de la era moderna con logros significativos que han demostrado la viabilidad del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos utilizando tecnología de iones de litio. [6] Aunque originalmente se concibió como un proyecto de investigación y desarrollo , [7] el TSP operó como un recurso a nivel de distribución para SCE y para el año calendario 2020, SCE informó que el TSP operaba en el mercado mayorista de energía con ingresos que excedían los costos operativos y de mantenimiento. [8] [9] En 2021, SCE comenzó el desmantelamiento de TSP, al que le siguió el desmantelamiento formal por parte de los reguladores estatales en 2022. [10] [11] Se espera que el desmantelamiento físico de TSP se complete a fines de 2022. [12]
En un ventoso paso de montaña al borde del desierto de Mojave, la colección de baterías más potente de Norteamérica, utilizada para almacenar energía no utilizada, avanza velozmente hacia una revolución eléctrica. [13]
Whitney McFerron, Bloomberg
En mayo de 2013, Southern California Edison adjudicó el contrato TSP a un consorcio liderado por LG Chem , la división de baterías del conglomerado industrial surcoreano LG Corporation . LG Chem suministró los sistemas de baterías, mientras que ABB suministró los inversores y LG CNS proporcionó el soporte de ingeniería y construcción. [5]
El sistema TSP fue uno de los primeros en demostrar el ensamblaje de una gran cantidad de baterías de iones de litio en un solo sistema del orden de megavatios de potencia y decenas de megavatios-hora de energía para proporcionar soporte a la red eléctrica . El proyecto utiliza baterías de grado de vehículo eléctrico y demuestra las sinergias entre baterías para los sectores automotriz y de red eléctrica. [14] Entre 2009 y 2014, se pusieron en servicio más de 120 proyectos de almacenamiento de energía en la red, lo que marcó un punto de inflexión significativo para las baterías de red. [15] El sistema TSP tuvo un papel importante en esto como un gran sistema propiedad de una empresa de servicios públicos que proporciona múltiples servicios energéticos utilizando productos disponibles comercialmente. [15]
El sistema TSP fue diseñado y evaluado utilizando un enfoque basado en aplicaciones. [16] El almacenamiento de energía para los parques eólicos en Tehachapi Pass [17] se ha estudiado ampliamente anteriormente, incluidos los impactos del almacenamiento de energía en la subestación Monolith. [18] Como describe Edison International , la empresa matriz de Southern California Edison (SCE), existe un interés continuo en el almacenamiento de energía por parte de las empresas de servicios públicos , junto con la visión de que habrá innovaciones técnicas para ayudar a administrar la red de una manera más eficiente y confiable. [19]
La historia de actividad sísmica en el condado de Kern , [20] incluyendo daños a las estructuras de las subestaciones , [21] creó algunos requisitos de diseño de sistemas desafiantes, como tener los bastidores de baterías poblados diseñados y probados para cumplir con las recomendaciones de IEEE 693-2005, Práctica recomendada para el diseño sísmico de subestaciones . [22] [23] Desde la puesta en servicio en 2014, el área ha experimentado no solo actividad sísmica , [24] sino también inundaciones repentinas y deslizamientos de tierra posteriores . [25]
Una lección clave aprendida es la importancia de las pruebas a subescala por parte de la empresa eléctrica antes de la implementación completa del sistema para que se puedan evaluar completamente los controles y características de seguridad y operación. [26] [27] Este fue el primer uso conocido de un sistema a subescala por parte de una entidad distinta a un fabricante o integrador para facilitar las pruebas a gran escala, la puesta en servicio y las operaciones en curso. [6] El plan de prueba del minisistema incluyó dos fases:
El minisistema original brindaba a los ingenieros soporte para el arranque y la puesta en servicio del sistema completo, pero, con solo una sección de batería y una línea de inversores, los ingenieros no pudieron probar el funcionamiento de la sección de batería de la línea de inversores múltiples del sistema en el laboratorio, como los controles de equilibrio entre secciones, el funcionamiento de inversores múltiples y el funcionamiento simétrico y asimétrico de las líneas de inversores. [6] Para asemejarse más al sistema completo, el minisistema se amplió en diciembre de 2015 para incluir el doble de cada componente, lo que dio como resultado un sistema con dos controladores de inversores, líneas de inversores y secciones de batería. [6]
El sistema TSP está construido con 608.832 celdas de batería de iones de litio que están encerradas en 10.872 módulos de 56 celdas cada uno y luego apiladas en 604 bastidores. [2] [26] Un inversor bidireccional o sistema de conversión de energía (PCS) proporciona la conversión de CC a CA durante la descarga de la batería y la conversión de CA a CC para la carga de la batería. [26] Las baterías están alojadas en un edificio de 6.300 pies cuadrados (590 m 2 ). [28] El sistema TSP puede suministrar 32 megavatios-hora de energía, a una tasa máxima de 8 megavatios . Esto es suficiente para alimentar entre 1.600 y 2.400 hogares durante cuatro horas. [1] La cantidad de energía almacenada en TSP es equivalente a la almacenada en más de 2.000 vehículos eléctricos híbridos Chevrolet Volt . [29]
El TSP es un ejemplo de almacenamiento de energía a gran escala disponible comercialmente para aplicaciones de redes eléctricas [31] y parte de la creciente flota de sistemas de almacenamiento de energía. [32] La implementación del TSP ha sido parte de la base clave para el desarrollo del almacenamiento de energía en California [33] y para aumentar la confiabilidad de la red en general. [34] El TSP también está brindando una mejor integración y oportunidades para una mejor operación de los recursos de energía renovable . [35]
En 2014, el TSP fue uno de los proyectos de almacenamiento de energía a gran escala en la cola de interconexión para el Operador Independiente del Sistema de California (CAISO) con beneficios planificados que incluyen la reafirmación de la generación renovable, la regulación de frecuencia, las reservas de reemplazo de giro y no giro, la gestión de rampas y el arbitraje de precios de la energía . [36] El sistema TSP se probó utilizando ocho pruebas básicas realizadas por el operador de la red o bajo el control del mercado. [37] Algunas de las lecciones aprendidas incluyeron los desafíos relacionados con la programación de interrupciones, los desafíos con los acuerdos de interconexión, los beneficios de las pruebas de validación de componentes en las fábricas y la preparación de planes de prueba detallados paso a paso con anticipación. [30] Tanto la empresa de servicios públicos como el proveedor del sistema obtuvieron perspectivas y conocimientos importantes durante el diseño, la construcción, la puesta en servicio y la operación del sistema TSP. [38] [6] [22]
Para evaluar los 13 usos operativos, SCE definió ocho pruebas para medir la capacidad del TSP para responder a las siguientes necesidades o señales del sistema:
El informe final del proyecto para el Departamento de Energía de los Estados Unidos después de la implementación del sistema concluye que TSP es un pionero en el almacenamiento de energía de la era moderna, que ha logrado una serie de logros importantes que han demostrado la viabilidad del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos utilizando tecnología de iones de litio. [6] Estos logros incluyen: [6]
Desde el inicio de las operaciones del mercado en 2016, el TSP ha sido incluido en el Inventario mensual de generadores eléctricos de la Administración de Información Energética (EIA) como generador eléctrico. [39] Durante ese período, la EIA comenzó a publicar información más detallada sobre el almacenamiento de energía en su Informe anual de generadores eléctricos, incluida la capacidad de la batería, las tasas de carga y descarga, los tipos de tecnología de almacenamiento, las clasificaciones de potencia reactiva, los tipos de gabinetes de almacenamiento y las aplicaciones de uso esperadas. [40]
El funcionamiento del sistema TSP se ha descrito como un ejemplo real de almacenamiento de energía conectado a la red [41] , y algunas de las pruebas iniciales incluyeron el almacenamiento de energía eólica por la noche y su distribución durante el día cuando los clientes la necesitan [42] . El Operador Independiente del Sistema de California (CAISO), un operador de sistemas de red, comparte sus experiencias operativas de TSP a nivel internacional con otros operadores de red como parte de una estrecha colaboración continua [43] . El funcionamiento en curso del sistema TSP continúa brindando servicios de red en el mercado energético y lecciones aprendidas para los sistemas de almacenamiento de energía en la red [44] [45]
En su informe anual a la Comisión de Servicios Públicos de California (CPUC) para el año calendario 2020, SCE informó que TSP continuó operando en el mercado mayorista de CAISO y que los beneficios del mercado superaron los costos operativos y de mantenimiento. [9] Además de las operaciones de mercado, SCE continuó recopilando datos operativos para evaluar las características operativas a largo plazo de la tecnología de almacenamiento de baterías de iones de litio a escala de red. [9]
El TSP se desconectó el 17 de mayo de 2021 y el 23 de agosto de 2021, SCE presentó una solicitud a la CPUC para el desmantelamiento del TSP debido al costo de las actualizaciones de seguridad y las preocupaciones de ciberseguridad. [10] El 5 de mayo de 2022, la CPUC desmanteló formalmente el TSP, nueve años después de su puesta en funcionamiento. [11] [46] Se espera que el desmantelamiento físico del TSP se complete a fines de 2022. [12] Se reciclarán todas las celdas de la batería y se reutilizará el inversor. [12] El TSP funcionó durante más de cuatro años más allá del período de demostración original de dos años, lo que SCE considera significativo debido al hecho de que el TSP utiliza productos BESS de iones de litio de primera generación que ya no se producen. [10] El período operativo adicional ha proporcionado lecciones aprendidas sobre operaciones, mantenimiento y reparaciones a largo plazo. [10] Debido al tamaño del sistema, TSP será uno de los primeros y más grandes sistemas de baterías de iones de litio en ser desmantelados. [10] SCE describe que: [10]
El TSP fue un proyecto sumamente exitoso que ayudó a transformar la industria, demostrar la tecnología BESS de iones de litio de gran tamaño, aumentar la experiencia operativa de SCE y brindar valor a los clientes de servicios públicos de California. El BESS superó ampliamente su demostración original de dos años; es apropiado desmantelarlo ahora.
Uno de los principales beneficios del sistema TSP es la amplia gama de estudios y análisis realizados por múltiples organizaciones para abordar diversos aspectos del mercado energético. La información operativa se ha utilizado como parte del desarrollo de incentivos para el almacenamiento de energía distribuida para California , Nueva York , Hawái y varios otros estados. [47] El sistema de gestión de energía (EMS) y la estructura del EMS para TSP se han estudiado para desarrollar y determinar los requisitos técnicos, de mercado y regulatorios para los sistemas de almacenamiento de energía. [48]
La Universidad de California, Riverside, ha utilizado TSP para la valoración estocástica del almacenamiento de energía en los mercados mayoristas de energía para determinar las secuencias óptimas de despacho de energía. [49] Los hallazgos de este estudio incluyen:
En un análisis independiente, la Universidad de California, Riverside, utilizó datos reales del mercado de TSP para desarrollar un marco de diseño de oferta y demanda, programación y despliegue óptimos, basado en los precios del mercado del día anterior y en tiempo real, la ubicación, el tamaño, la eficiencia, la vida útil y las tasas de carga y descarga. [51] También se examina el tema de las baterías usadas y de segundo uso, y el análisis muestra que, al utilizar uno de los métodos de licitación propuestos, TSP aún podría ser rentable incluso después de perder la mitad de su capacidad energética. [51]
Basándose en los estudios descritos anteriormente, la Universidad de California, Riverside, realizó un análisis adicional para los escenarios en los que los sistemas de baterías son propiedad de inversores y operados de forma independiente y participan en los mercados existentes. [52] El estudio propone un nuevo marco de optimización para coordinar la operación de sistemas de almacenamiento de energía grandes, que fijan precios y están geográficamente dispersos en un mercado de energía restringido por la transmisión nodal. [52]
El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) publicó una colección de documentos técnicos que analizan el almacenamiento de energía, incluida una revisión de TSP. [53] La revisión describió cómo TSP cumplió con los objetivos del proyecto y proporcionó los usos operativos requeridos. [53] Si bien hubo algunos desafíos, incluidos problemas con el sistema de control y un diseño deficiente del transformador, estos problemas no estaban relacionados con la tecnología de almacenamiento en sí. [53] SCE continúa utilizando sus experiencias de TSP en el desarrollo de proyectos adicionales de almacenamiento de energía. [53]
El Edison Electric Institute (EEI), que representa a todas las empresas de servicios públicos propiedad de inversores en los Estados Unidos, publicó un conjunto de estudios de casos y describió cómo TSP tiene capacidades para proporcionar una capacidad máxima casi instantánea para el aumento gradual de las energías renovables, lo que minimiza las necesidades de generadores de respaldo tradicionales . [54] EEI también describió que TSP permaneció operativo después del período piloto y de prueba de 24 meses del proyecto. [54]
La Comisión Europea lleva a cabo un análisis continuo de los sistemas de almacenamiento de energía, incluido el TSP, y tiene colaboraciones globales con expertos técnicos para intercambiar y aprender sobre detalles operativos, desafíos y mejores prácticas. [55] Algunos de los desafíos resueltos para el TSP incluyeron la lógica de programación, los límites de seguridad y la agregación de datos, así como el uso de rutas consistentes para las comunicaciones de componentes. [55] El análisis también menciona cómo, en general, los aspectos de control e integración de sistemas para los sistemas de almacenamiento de energía deben resolverse y abordarse mediante un plan maestro europeo. [55] Además, el reciclaje es un tema que debe abordarse a medida que continúa el crecimiento del mercado. [55]
PV Tech Power publicó un artículo en una revista que describe cómo se están utilizando el TSP y el almacenamiento en baterías como capacidad máxima . [56] El artículo menciona que el TSP brindó apoyo para la rápida expansión de la energía renovable, además de ser una batería a escala de servicios públicos poco común con una duración de 4 horas durante el período de 2014 cuando se puso en servicio. [56] El artículo explica cómo cuatro horas ahora se considera la duración óptima para la capacidad máxima por dos razones: 1) Mitigar la demanda máxima a medida que la energía solar disminuye a última hora de la tarde y la noche y 2) Proporcionar el punto de costo óptimo para que las baterías de iones de litio proporcionen esa capacidad. [56]
Parece un escenario poco probable para una revolución tecnológica: una zona azotada por el viento del desierto de Mojave, apretujada entre vías de tren y una gigantesca planta de cemento. Pero ahí está, en los terrenos de la subestación Monolith de Southern California Edison cerca de Tehachapi, California: la batería más grande para almacenar electricidad en Norteamérica. [1]
Bill Loving, Edison International - Energizado
El 24 de septiembre de 2014 se llevó a cabo una ceremonia oficial de inauguración, un recorrido por el sitio y la presentación de un certificado de reconocimiento del Senado del Estado de California. [3] [57] [58] Los oradores de la ceremonia incluyeron a Doug Kim (Director de Tecnología Avanzada, Southern California Edison ), Zack Scrivner (Supervisor, Junta de Supervisores del Condado de Kern ), Dr. Imre Gyuk (Gerente del Programa de Almacenamiento de Energía, Departamento de Energía de los Estados Unidos ), Dr. Seokhwan Kwak (Vicepresidente de Marketing, LG Chem ) y Romeo Agbalog (Oficina del Senador Estatal, Jean Fuller - Distrito 18). [58] Se brindaron recorridos por la sala de control, la sala de baterías y los gabinetes de los inversores. [57] [58]
Tras su puesta en servicio, TSP fue seleccionado como finalista del Premio a la Innovación 2014 para Almacenamiento de Energía en América del Norte (ESNA) y elegido para el Salón de la Fama de ESNA. [59] [60] Más tarde, en 2014, TSP fue incluido en Innovations Across the Grid publicado por el Edison Foundation Institute for Electric Innovation , que describía cómo la red de distribución está evolucionando para optimizar la red eléctrica, integrar nuevos recursos y proporcionar soluciones a los clientes. [61] TSP fue presentado como un estudio de caso de un nuevo recurso energético en la vida real. [61]
El corresponsal científico de PBS, Miles O'Brien, cubrió el TSP en la edición del 15 de diciembre de 2015 de PBS NewsHour en un segmento con Doug Kim de SCE que discutió el uso de TSP para almacenar energía generada por turbinas eólicas. [42]
A cien millas al norte de Los Ángeles, en Tehachapi, California, el viento puede ser un recurso abundante, pero, por desgracia, no en el momento adecuado. Sopla con más fuerza durante la noche, haciendo funcionar las turbinas eólicas hasta su máxima capacidad, cuando la demanda de electricidad es mínima.
—Miles O'Brien, PBS NewsHour
Entonces, adaptar la producción de energía eólica al momento en que los clientes realmente la necesitan, es sin duda una de las cosas que estamos considerando con este sistema que ven aquí, porque se puede almacenar energía.
— Doug Kim, PBS NewsHour
En 2016, la California Energy Storage Alliance presentó a TSP en la posición principal en un video con formuladores de políticas, ejecutivos de servicios públicos y pioneros del almacenamiento de energía titulado Gamechangers: How Energy Storage Transforms the Power System , que describe cómo SCE fue pionera en el uso del almacenamiento de energía en la red. [62] La Región 6 del IEEE otorgó su Premio del Director a SCE en 2016 con la finalización exitosa de TSP como uno de los logros clave. [63] La Energy Storage Association (ESA) otorgó a LG Chem el Premio Brad Roberts por Logros Destacados de la Industria en 2017 por los logros en el mercado y la industria durante los últimos años, incluida la entrega y puesta en servicio exitosa de TSP. [64] [65]
En la Cumbre de Energía del Condado de Kern de 2017, Vibhu Kaushik, gerente principal de SCE, describió a TSP como el comienzo de proyectos de almacenamiento de energía a escala de servicios públicos para SCE. [66]
…la historia realmente comenzó aquí en el condado de Kern hace unos cinco años cuando construimos el proyecto de almacenamiento de energía más grande del mundo, el Proyecto de Almacenamiento de Baterías de Tehachapi, de 8 megavatios y 32 megavatios-hora. Recibió mucha atención y fue noticia en todas partes cuando el almacenamiento de baterías se convirtió en parte de la combinación energética en ese momento, ya que la gente comenzó a considerar el almacenamiento de baterías como un recurso a escala de servicios públicos del tamaño de un megavatio.
— Vibhu Kaushik, Cumbre de energía del condado de Kern 2017, Proyectos recientes de almacenamiento de energía de Southern California Edison
PBS presentó el TSP en el episodio de Nova en 2017, Search for the Super Battery. [67] El presentador y escritor científico David Pogue describió cómo se están instalando baterías de iones de litio en la red y Doug Kim de SCE explicó el uso del TSP para suavizar, reafirmar y desplazar el tiempo de la energía eólica. [67]
Los informes de la Mesa Redonda Económica de 2018 y 2019 de la Greater Antelope Valley Economic Alliance incluyen a TSP como un punto destacado en las secciones de Energía renovable. [68] El condado de Kern, California, describe a TSP como una característica clave en su cartera de energía renovable [69] para almacenar energía de energía solar y eólica y mejorar la flexibilidad y confiabilidad de la red. [70] El condado de Kern continúa cultivando el almacenamiento de energía como una oportunidad de desarrollo económico para 2020 y más allá; [71] para 2023, instalaciones de almacenamiento cien veces más grandes que TSP están operando en Kern, California y EE. UU. [72]
En 2019, el Departamento de Energía de EE. UU. presentó a TSP en Success Stories Spotlight: Solving Industry's Energy Storage Challenges . [73] El estudio de caso examinó dos áreas: avance tecnológico e impacto. [73] TSP avanzó en la tecnología al mostrar las capacidades de los sistemas de almacenamiento de baterías de iones de litio para aumentar casi instantáneamente su capacidad máxima de energía. [73] TSP también demostró capacidades técnicas para la regulación de frecuencia, disminución de pérdidas de transmisión, estabilización de voltaje y diferimiento de la inversión en transmisión. [73] El estudio de caso describe cómo se operó TSP fuera de un laboratorio y a escala. [73] Como resultado, uno de los impactos importantes de TSP es que proporcionó experiencia práctica en operaciones y confiabilidad en condiciones reales como uno de los sistemas de almacenamiento de energía más grandes ubicados en una red de alto tráfico. [73] El proyecto proporcionó oportunidades de aprendizaje de hardware y software para el proveedor del sistema para proyectos futuros. [73] Los impactos adicionales incluyeron proporcionar una mayor definición y desarrollo del proceso para interconectar los sistemas de almacenamiento de energía a la red. [73] A su vez, esto proporcionó mejoras para integrar los sistemas de almacenamiento de energía en los mercados de energía y proporcionar datos financieros para la valoración de proyectos futuros. [73] Un impacto adicional mencionado fue que el TSP proporcionó una mayor cantidad de energía renovable en la red, así como una mejor confiabilidad de la red y la calidad de la energía. [73]
En 2021, Forbes mencionó a TSP como un ejemplo notable de almacenamiento de energía utilizado por SCE para cargar y descargar energía de la red eléctrica en apoyo de la energía renovable y los preparativos de las empresas de servicios eléctricos para la electrificación y la descarbonización . [74] Forbes explicó que TSP puede almacenar y descargar energía en cualquier momento utilizando baterías de iones de litio con una duración limitada. [74]
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