El almacenamiento de energía está ganando popularidad como complemento importante de las fuentes de energía renovables. Entre los sistemas de almacenamiento de energía, el almacenamiento comercial e industrial y el almacenamiento a gran escala son dos soluciones destacadas que han surgido en los últimos años. Sin embargo, presentan diferentes escenarios de aplicación y características técnicas. Este artículo profundizará en las diferencias entre estos dos tipos de sistemas de almacenamiento de energía desde múltiples perspectivas.
AplicaciónEscenarios de señalización
El almacenamiento de energía C&I se aplica principalmente al autoabastecimiento energético de usuarios comerciales e industriales, que incluyen fábricas, edificios, centros de datos, etc. El objetivo es reducir la tarifa eléctrica pico-valle para los usuarios y mejorar la confiabilidad del suministro eléctrico.
El almacenamiento de energía a escala de servicios públicos se aplica principalmente en la red eléctrica. Su objetivo es equilibrar la oferta y la demanda de energía, regular la frecuencia de la red y lograr la regulación de picos y valles. También puede proporcionar capacidad sobrante y otros servicios de regulación de energía.
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La capacidad de almacenamiento de energía comercial e industrial suele oscilar entre varias decenas y cientos de kilovatios-hora, dependiendo principalmente del tamaño de la carga del usuario y de la demanda tarifaria. La capacidad de los sistemas comerciales e industriales a gran escala no suele superar los 10 000 kWh.
La capacidad de almacenamiento de energía a escala de servicios públicos varía desde varios megavatios-hora hasta varios cientos de megavatios-hora, adaptándose a la escala y la demanda de la red. En algunos grandes proyectos a nivel de red, la capacidad de un solo emplazamiento puede alcanzar cientos de megavatios-hora.
Componentes del sistema
·Batería
El almacenamiento de energía comercial e industrial requiere un tiempo de respuesta relativamente bajo. Considerando exhaustivamente los costos, la vida útil, el tiempo de respuesta y otros factores, se utilizan baterías que priorizan la densidad energética. El almacenamiento de energía a gran escala utiliza baterías centradas en la densidad de potencia para la regulación de frecuencia.
De hecho, la mayoría de los sistemas de almacenamiento de energía a gran escala también utilizan baterías que priorizan la densidad energética. Sin embargo, dado que necesitan proporcionar servicios auxiliares de energía, los sistemas de baterías de las centrales eléctricas de almacenamiento de energía tienen mayores requisitos de ciclo de vida y tiempo de respuesta. Las baterías utilizadas para regulación de frecuencia y respaldo de emergencia deben seleccionarse con un tipo de batería de alta potencia.
·Sistema de gestión de baterías (BMS)
Los sistemas de almacenamiento de energía C&I de pequeña y mediana escala pueden proporcionar al paquete de baterías diversas funciones de protección, como sobrecarga, sobredescarga, sobrecorriente, sobrecalentamiento, subtemperatura, cortocircuito y limitación de corriente. También pueden ecualizar el voltaje del paquete de baterías durante el proceso de carga, configurar los parámetros y monitorear los datos mediante software de respaldo, comunicarse con diferentes tipos de sistemas de conversión de energía y realizar una gestión inteligente de todo el sistema de almacenamiento de energía.
La central eléctrica de almacenamiento de energía puede gestionar baterías individuales, paquetes de baterías y pilas de baterías de forma jerárquica. En función de sus características, se pueden calcular y analizar diversos parámetros y estados de funcionamiento de las baterías para lograr el equilibrio, la activación de alarmas y una gestión eficaz. Esto permite que cada grupo de baterías produzca la misma potencia, garantizando que el sistema alcance el mejor estado de funcionamiento y la mayor duración de uso. Esto proporciona información precisa y eficaz sobre la gestión de las baterías. Mediante la gestión del equilibrio de las baterías, se puede mejorar considerablemente la eficiencia energética de las baterías y optimizar las características de carga. Al mismo tiempo, se puede maximizar la vida útil de las baterías para garantizar la estabilidad, la seguridad y la fiabilidad del sistema de almacenamiento de energía.
·Sistema de control de potencia (PCS)
Los inversores utilizados en el almacenamiento de energía comercial e industrial tienen funciones relativamente sencillas, principalmente conversión de energía bidireccional, son de menor tamaño y se integran mejor con los sistemas de baterías. Su capacidad se puede ampliar con flexibilidad según sea necesario. Los inversores se adaptan a un amplio rango de voltaje de 150 a 750 voltios, cumpliendo con los requisitos de conexión en serie y en paralelo de baterías de plomo-ácido, baterías de litio, baterías de flujo y otras baterías, y logrando carga y descarga unidireccionales. También son compatibles con diferentes tipos de inversores fotovoltaicos.
Los inversores utilizados en centrales eléctricas de almacenamiento de energía ofrecen rangos de voltaje de CC más amplios, de hasta 1500 voltios para operación a plena carga. Además de la función básica de conversión de energía, también requieren funciones coordinadas con la red, como regulación de frecuencia primaria y despacho rápido de fuente a red y carga. Ofrecen mayor adaptabilidad a la red y pueden lograr una respuesta de potencia rápida.
·Sistema de Gestión de Energía (EMS)
La mayoría de los sistemas de gestión energética (EMS) de almacenamiento de energía C&I no requieren el despacho de la red. Sus funciones son relativamente básicas, ya que solo requieren la gestión local de la energía, es decir, el apoyo a la gestión del balanceo de la batería, la seguridad operativa, la respuesta rápida en milisegundos y la gestión integrada y el control centralizado de los equipos del subsistema de almacenamiento de energía.
Sin embargo, el almacenamiento de energía a gran escala, como las centrales eléctricas de almacenamiento de energía que requieren el despacho de la red, presenta mayores requisitos para el EMS. Además de las funciones básicas de gestión energética, también deben proporcionar interfaces de despacho de red y capacidades de gestión energética para sistemas de microrredes. Deben ser compatibles con múltiples protocolos de comunicación, contar con interfaces de despacho de energía estándar, ser capaces de gestionar y monitorizar la energía en escenarios de aplicación como la transferencia de energía, las microrredes y la regulación de la frecuencia de la red, y facilitar la complementación y monitorización de múltiples sistemas, como fuentes de energía, redes, cargas y almacenamiento de energía.
Figura 1.Diagrama de la estructura del sistema de almacenamiento de energía comercial e industrial
Figura 2.Diagrama de la estructura del sistema de almacenamiento de energía a escala unitaria
Operación y mantenimiento
El almacenamiento de energía comercial e industrial solo necesita garantizar el uso normal de electricidad para los usuarios, y la operación y el mantenimiento son relativamente simples, sin la necesidad de previsiones y programaciones complejas de electricidad.
El almacenamiento de energía a gran escala requiere una estrecha colaboración con el centro de programación de la red, que también debe realizar numerosos análisis predictivos y desarrollar técnicas de carga y descarga. Como resultado, la operación y el mantenimiento son más complejos.
Retornos de la inversión
El almacenamiento de energía comercial e industrial puede ahorrar directamente costos de electricidad a los usuarios, con períodos de recuperación cortos y buena rentabilidad.
El almacenamiento de energía de baterías a gran escala necesita participar continuamente en las transacciones del mercado energético para obtener retornos, con períodos de recuperación más largos.
En resumen, el almacenamiento de energía comercial e industrial (C&I) y el almacenamiento de energía a escala de servicios públicos atienden a diferentes usuarios finales y tienen distintos modos de funcionamiento. Existen diferencias en la escala de capacidad, los componentes del sistema, la dificultad de operación y mantenimiento, y la rentabilidad de la inversión. El sector del almacenamiento está cambiando rápidamente, y se cree que la tecnología de baterías seguirá avanzando, brindando más posibilidades a nuestras vidas e industrias.