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Central eléctrica con almacenamiento de batería

Proyecto de almacenamiento de energía de Tehachapi , Tehachapi, California

Una central eléctrica con almacenamiento de baterías es un tipo de central eléctrica con almacenamiento de energía que utiliza un grupo de baterías para almacenar energía eléctrica . Comúnmente conocidos como sistemas de almacenamiento de energía en baterías ( BESS ), estos sistemas ofrecen la capacidad de almacenar energía, lo que permite separar la producción y el consumo de energía. Esta característica proporciona una flexibilidad significativa en la gestión de los recursos energéticos. [1] El almacenamiento en baterías es la fuente de energía despachable que responde más rápidamente en las redes eléctricas , y se utiliza para estabilizar esas redes, ya que el almacenamiento en baterías puede pasar del modo de espera a la potencia total en menos de un segundo para hacer frente a contingencias de la red . [2]

Las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías generalmente están diseñadas para poder producir a su máxima potencia nominal durante varias horas. El almacenamiento en batería se puede utilizar para picos de potencia a corto plazo [3] y servicios auxiliares , como proporcionar reserva operativa y control de frecuencia para minimizar la posibilidad de cortes de energía . A menudo se instalan en otras centrales eléctricas activas o en desuso, o cerca de ellas, y pueden compartir la misma conexión a la red para reducir costos. Dado que las plantas de almacenamiento en baterías no requieren entregas de combustible, son compactas en comparación con las estaciones generadoras y no tienen chimeneas ni grandes sistemas de refrigeración, pueden instalarse y ubicarse rápidamente, si es necesario, en áreas urbanas, cerca de la carga de clientes.

A partir de 2021, la potencia y la capacidad de las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías individuales más grandes son un orden de magnitud menor que las de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo más grandes , la forma más común de almacenamiento de energía en la red . Por ejemplo, la estación de almacenamiento por bombeo del condado de Bath , la segunda más grande del mundo, puede almacenar 24 GWh de electricidad y distribuir 3 GW, mientras que la primera fase de la instalación de almacenamiento de energía Moss Landing de Vistra Energy puede almacenar 1,2 GWh y distribuir 300 MW. [4] Sin embargo, las baterías de la red no tienen que ser grandes; se puede implementar ampliamente una gran cantidad de baterías más pequeñas en una red para lograr una mayor redundancia y una gran capacidad general.

A partir de 2019, el almacenamiento de energía en baterías es más barato que la energía de las turbinas de gas de ciclo abierto para un uso de hasta dos horas, y se implementaron alrededor de 365 GWh de almacenamiento en baterías en todo el mundo, en rápido crecimiento. [5] El costo nivelado de almacenamiento (LCOS) ha caído rápidamente, reduciéndose a la mitad en dos años para alcanzar los 150 dólares estadounidenses por MWh en 2020, [6] [7] [8] y reducido aún más a 117 dólares estadounidenses para 2023. [9] Además, Los costos de capital anualizados varían según la química de la batería utilizada para el almacenamiento, pero se pueden lograr costos de capital anualizados de $93/kWh con fosfato de hierro y litio en 2020.

Construcción

Un banco de baterías recargables utilizado en un centro de datos.
Módulos de batería de fosfato de hierro y litio empaquetados en contenedores de envío instalados en el sistema de almacenamiento de energía Beech Ridge en Virginia Occidental [10] [11]

Las centrales eléctricas con almacenamiento de baterías y los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) son comparables en tecnología y funcionamiento. Sin embargo, las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías son más grandes.

Por motivos de seguridad, las baterías reales se alojan en sus propias estructuras, como almacenes o contenedores. Al igual que con un UPS, una preocupación es que la energía electroquímica se almacena o emite en forma de corriente continua (DC), mientras que las redes de energía eléctrica generalmente funcionan con corriente alterna (AC). Por este motivo, se necesitan inversores adicionales para conectar las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías a la red de alta tensión. Este tipo de electrónica de potencia incluye tiristores GTO , comúnmente utilizados en la transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC).

Se pueden utilizar varios sistemas de acumuladores dependiendo de la relación potencia-energía, la vida útil prevista y los costes. En la década de 1980, se utilizaron baterías de plomo-ácido para las primeras centrales eléctricas de almacenamiento de baterías. Durante las siguientes décadas, se utilizaron cada vez más baterías de níquel-cadmio y sodio-azufre. [12] Desde 2010, cada vez más plantas de almacenamiento de baterías a gran escala dependen de baterías de iones de litio, como resultado de la rápida disminución del coste de esta tecnología, provocada por la industria de la automoción eléctrica. Se utilizan principalmente baterías de iones de litio . Ha surgido un sistema de batería de flujo , pero las baterías de plomo-ácido todavía se utilizan en aplicaciones de pequeño presupuesto. [13]

Seguridad

Algunas baterías que funcionan a altas temperaturas ( batería de sodio y azufre ) o que utilizan componentes corrosivos están sujetas a envejecimiento natural o fallas incluso si no se usan. Otras tecnologías sufren de envejecimiento de los ciclos o deterioro causado por los ciclos de carga y descarga. Este deterioro es generalmente mayor a velocidades de carga elevadas. Estos dos tipos de envejecimiento provocan una pérdida de rendimiento (disminución de capacidad o voltaje), sobrecalentamiento y, eventualmente, pueden provocar fallas críticas (fugas de electrolitos, incendio, explosión).

Ejemplos de esto último incluyen un Tesla Megapack en Geelong que se incendió, [14] [15] el incendio y posterior explosión de una granja de baterías en Arizona , y el incendio en la granja de baterías Moss Landing . [16] También surgieron preocupaciones sobre un posible incendio y explosión de un módulo de batería durante las protestas residenciales contra el parque solar Cleve Hill en el Reino Unido. [17] El incendio de una batería en Illinois provocó la evacuación de "miles de residentes", y hubo 23 incendios en granjas de baterías en Corea del Sur durante un período de dos años. Los incendios de baterías pueden liberar una serie de gases peligrosos, incluido el fluoruro de hidrógeno altamente corrosivo y tóxico . [18]

Algunas baterías pueden recibir mantenimiento para evitar la pérdida de rendimiento debido al envejecimiento. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido no selladas producen hidrógeno y oxígeno a partir del electrolito acuoso cuando se sobrecargan. El agua debe rellenarse periódicamente para evitar daños a la batería; y los gases inflamables deben ventilarse para evitar riesgos de explosión. Sin embargo, este mantenimiento tiene un coste, y las baterías recientes, como las de Li-Ion , están diseñadas para tener una larga vida útil sin necesidad de mantenimiento. Por lo tanto, la mayoría de los sistemas actuales están compuestos por paquetes de baterías sellados de forma segura , que se monitorean y reemplazan electrónicamente una vez que su rendimiento cae por debajo de un umbral determinado.

A veces, las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías se construyen con sistemas de energía de almacenamiento de volante para conservar la energía de la batería. [19] Los volantes pueden manejar fluctuaciones rápidas mejor que las plantas de baterías más antiguas. [20]

Características de funcionamiento

Central eléctrica con almacenamiento de baterías en Schwerin (vista interior 2014, filas modulares de acumuladores)

Al no tener piezas mecánicas, las centrales eléctricas con almacenamiento en batería ofrecen tiempos de control y de arranque extremadamente cortos, tan solo 10 ms. [ cita necesaria ] Por lo tanto, pueden ayudar a amortiguar las rápidas oscilaciones que se producen cuando las redes de energía eléctrica funcionan cerca de su capacidad máxima. Estas inestabilidades (fluctuaciones de voltaje con períodos de hasta 30 segundos) pueden producir picos de voltaje de tal amplitud que pueden causar apagones regionales. Una central eléctrica con almacenamiento en baterías del tamaño adecuado puede contrarrestar eficazmente estas oscilaciones; por lo tanto, las aplicaciones se encuentran principalmente en aquellas regiones donde los sistemas de energía eléctrica funcionan a plena capacidad, lo que genera riesgo de inestabilidad. [ cita necesaria ] Sin embargo, algunas baterías tienen sistemas de control insuficientes y fallan durante interrupciones moderadas que deberían haber tolerado. [21] Las baterías también se utilizan comúnmente para reducir los picos durante períodos de hasta unas pocas horas. [3]

Los sistemas de almacenamiento de baterías pueden estar activos en los mercados al contado y al mismo tiempo proporcionar servicios de sistemas como la estabilización de frecuencia. [22] El arbitraje es una forma atractiva de beneficiarse de las características operativas de las baterías de almacenamiento.

Las plantas de almacenamiento también se pueden utilizar en combinación con una fuente de energía renovable intermitente en sistemas de energía independientes .

Las baterías de red más grandes

Bajo construcción

Planificado

Desarrollo e implementación del mercado.

Si bien el mercado de baterías de red es pequeño en comparación con la otra forma importante de almacenamiento en red, la hidroelectricidad por bombeo, está creciendo muy rápidamente. Por ejemplo, en Estados Unidos, el mercado de plantas de energía de almacenamiento en 2015 aumentó un 243 % en comparación con 2014. [64] El precio en 2021 de una instalación de batería de 60 MW / 240 MWh (4 horas) en Estados Unidos fue de 379 dólares EE.UU./ kWh utilizables, o 292 dólares EE.UU./kWh nominal, una caída del 13 % con respecto a 2020. [65] [66]

En 2010, Estados Unidos tenía 59 MW de capacidad de almacenamiento en baterías provenientes de 7 centrales eléctricas de baterías. Esto aumentó a 49 plantas que comprendían 351 MW de capacidad en 2015. En 2018, la capacidad era de 869 MW de 125 plantas, capaces de almacenar un máximo de 1.236 MWh de electricidad generada. A finales de 2020, la capacidad de almacenamiento de baterías alcanzó los 1.756 MW. [67] [68] A finales de 2021, la capacidad creció a 4.588 MW. [69] En 2022, la capacidad estadounidense se duplicó a 9 GW/25 GWh. [70]

En mayo de 2021, había 1,3 GW de almacenamiento en baterías en funcionamiento en el Reino Unido, y 16 GW de proyectos en tramitación podrían implementarse en los próximos años. [71] En 2022, la capacidad del Reino Unido creció en 800 MWh, finalizando en 2,4 GW/2,6 GWh. [72] Europa añadió 1,9 GW y se planean varios proyectos más. [73]

En 2020, China añadió 1.557 MW a su capacidad de almacenamiento de baterías, mientras que las instalaciones de almacenamiento para proyectos fotovoltaicos representaron el 27% de la capacidad, [74] del total de 3.269 MW de capacidad de almacenamiento de energía electroquímica. [75]

Hay mucho movimiento en el mercado; por ejemplo, algunos desarrolladores están construyendo sistemas de almacenamiento a partir de baterías viejas de coches eléctricos, cuyos costes probablemente se puedan reducir a la mitad en comparación con los sistemas convencionales a partir de baterías nuevas. [76]

Ver también

Referencias

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