Com es estabilitzen les xarxes elèctriques amb grans sistemes de bateries?

Com els sistemes de bateries a gran escala estabilitzen la xarxa

Els sistemes de bateries a gran escala (LSB) juguen un paper cada vegada més important en els sistemes moderns d'energia elèctrica, especialment a mesura que augmenta la penetració de fonts d'energia renovable (com l'eòlica i la solar). Aquests sistemes de bateries proporcionen múltiples serveis per ajudar a estabilitzar la xarxa, assegurant la fiabilitat i eficiència del sistema d'energia. A continuació es detallen les principals maneres en què els sistemes de bateries a gran escala contribueixen a la estabilitat de la xarxa:

1. Regulació de la freqüència

• Problema: La freqüència d'un sistema d'energia elèctrica ha de mantenir-se dins d'un rang molt estret (per exemple, 50 Hz o 60 Hz) per assegurar que tots els dispositius connectats funcionin correctament. Quan hi ha una desigualtat entre la generació i la càrrega, la freqüència pot fluctuar. Tradicionalment, la regulació de la freqüència s'ha basat en la inèrcia dels generadors rotatius (com les centrals tèrmiques).

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala poden respondre ràpidament a les desviacions de freqüència absorint o injectant energia per mantenir la estabilitat de la freqüència. Els sistemes de bateries tenen temps de resposta extremadament ràpids, completant les operacions de càrrega o descàrrega en mil·lisegons, molt més ràpid que els generadors rotatius tradicionals. Aquesta capacitat de resposta ràpida permet als sistemes de bateries abordar eficaçment les fluctuacions de càrrega a curt termini o els déficits de generació, mantinguent així la estabilitat de la freqüència.

2. Suport de tensió

• Problema: En les línies de transmissió a llarga distància o en àrees amb recursos d'energia distribuïda (com les plantes fotovoltaiques), els nivells de tensió poden fluctuar, especialment quan la potència reactiva és insuficient o canvia significativament la càrrega. La instabilitat de tensió pot afectar el funcionament normal de l'equipament i fins i tot pot provocar el col·lapse de la tensió.

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala poden proporcionar o absorbir potència reactiva per suportar els nivells de tensió. Els sistemes de bateries solen estar equipats amb convertidors electrònics avançats (com els inversors) que poden regular flexiblement tant la potència activa com la reactiva. Fent-ho, els sistemes de bateries poden proporcionar potència reactiva quan calgui per augmentar els nivells de tensió locals o absorir potència reactiva per prevenir la sobretensió.

3. Reducció de puntes i ompliment de valles

• Problema: La demanda d'electricitat varia significativament a lo llarg del dia, amb càrregues més altes durant les hores de punta (com les vesprades) i càrregues més baixes durant les hores de mort (com a mitjanit). Per atendre la demanda de punta, els operadors de la xarxa sovint depenen de unitats de generació de reserva cares, el que incrementa els costos operatius i reduïx l'eficiència del sistema.

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala poden emmagatzemar l'excés d'electricitat durant les hores de mort (per exemple, l'energia eòlica o solar nocturna) i liberar-la durant les hores de punta, així allisant la corba de càrrega. Aquest enfocament de "reducció de puntes i ompliment de valles" no només reduix la dependència de les unitats de generació de reserva, sinó que també millora l'eficiència global de la xarxa i redueix els costos operatius.

4. Inici en negre

• Problema: Després d'un apagament generalitzat o fallida de la xarxa, restablir l'energia és un procés complex ja que la majoria de les unitats de generació necessiten energia externa per iniciar-se. Si tota la xarxa perd l'energia, el procés de restabliment es converteix en molt complicat.

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala poden proporcionar serveis d'"inici en negre" suministrant la potència necessària a les unitats de generació crítiques per tornar-les en línia quan la xarxa estigui totalment sense energia. La resposta ràpida i la independència dels sistemes de bateries els fan ideals per a l'inici en negre, especialment en àrees remotes o sistemes d'energia distribuïda.

5. Serveis auxiliars

• Problema: Els sistemes d'energia requereixen una sèrie de serveis auxiliars per assegurar una operació segura, estable i eficient. Aquests serveis inclouen la regulació de la freqüència, el suport de tensió, la capacitat de reserva i la seguiment de càrrega. Com el percentatge d'energia renovable augmenta, els provesiors tradicionals de serveis auxiliars (com les centrals de carbó) estan disminuint, augmentant la necessitat de noves formes de serveis auxiliars.

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala poden proporcionar diversos serveis auxiliars per ajudar la xarxa a fer front a la intermittència i incertesa de l'energia renovable. Per exemple, els sistemes de bateries poden servir com a capacitat de reserva, suministrant ràpidament energia quan la generació sigui insuficient, o poden proporcionar regulació de la freqüència responent ràpidament als canvis de càrrega. A més, els sistemes de bateries poden participar en els mercats de serveis auxiliars, generant ingressos addicionals.

6. Suavització de les fluctuacions de l'energia renovable

• Problema: Les fonts d'energia renovable com l'eòlica i la solar són intermitents i variables, produint una sortida d'energia inestable, el que pot suposar un repte per a l'equilibri del sistema d'energia. Aquesta variabilitat es converteix en particularment relliscosa a mesura que augmenta el percentatge d'energia renovable.

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala es poden integrar amb les instal·lacions de generació d'energia renovable (com els parcs eòlics o les plantes solars) per emmagatzemar l'excés d'energia en temps real i liberar-la quan la generació sigui insuficient. Fent-ho, els sistemes de bateries poden suavitzar les fluctuacions de la sortida d'energia renovable, assegurant un subministrament d'energia estable i fiable. A més, els sistemes de bateries poden optimitzar les seves estratègies de càrrega i descàrrega basant-se en les previsions meteorològiques i la demanda de càrrega, augmentant així la flexibilitat del sistema.

7. Millora de la resiliència de la xarxa

• Problema: La xarxa pot ser afectada per desastres naturals, fallides d'equipament o altres esdeveniments inesperats, provocant apagaments. Millorar la resiliència de la xarxa (és a dir, la capacitat de restablir ràpidament l'energia) és crucial per assegurar la fiabilitat del sistema d'energia.

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala poden proporcionar suport d'energia d'emergència quan la xarxa estigui interrompuda, ajudant a mantenir l'operació de la infraestructura crítica com hospitals, torres de comunicació i sistemes de transport. A més, els sistemes de bateries poden actuar com a part de recursos d'energia distribuïda, millorant la autosuficiència local i reduint la dependència de subministraments externs, així millorant la resiliència global de la xarxa.

8. Participació en els mercats d'energia

• Problema: Els preus de l'electricitat en els mercats d'energia fluctuen en funció de la oferta i la demanda. Durant les hores de punta, els preus poden pujar significativament. Per a les companyies d'energia i els consumidors, com emmagatzemar electricitat quan els preus són baixos i vendre-la quan els preus són alts és una consideració econòmica important.

• Solució: Els sistemes de bateries a gran escala poden participar en els mercats d'energia utilitzant les seves capacitats de càrrega i descàrrega ràpides. Poden emmagatzemar electricitat quan els preus són baixos i vendre-la quan els preus són alts, generant beneficis. Aquesta arbitrarietat no només millora la viabilitat econòmica dels sistemes de bateries, sinó que també ajuda a suavitzar les fluctuacions de preus, millorant l'eficiència dels mercats d'energia.

Resum

Els sistemes de bateries a gran escala contribueixen a la estabilitat de la xarxa proporcionant regulació de la freqüència, suport de tensió, reducció de puntes, inici en negre, serveis auxiliars, suavització de les fluctuacions de l'energia renovable, millora de la resiliència de la xarxa i participació en els mercats d'energia. A mesura que la tecnologia de les bateries continua avançant i els costos disminueixen, el paper dels sistemes de bateries a gran escala en els futurs sistemes d'energia esdevindrà encara més significatiu, especialment en xarxes amb una alta penetració d'energia renovable. Seran eines clau per assegurar la fiabilitat i eficiència del sistema d'energia.