Integración de Sistemas de Almacenamiento de Energía Comercial e Industrial (C&I ESS)

A medida que la industria automotriz evoluciona, nuevas fuentes de energía como la solar, eólica y mareomotriz se integran cada vez más en las estaciones de carga de vehículos. El equilibrio de los desajustes entre la oferta y la demanda de energía en diferentes períodos y la superación de las restricciones del sitio para las estaciones de carga de almacenamiento de energía a gran escala han convertido a los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial (C&I) en un punto focal en las aplicaciones de la red eléctrica.

Este documento profundiza en sus diversos casos de uso en redes eléctricas, cubriendo características técnicas, principios operativos, etc. También examina los desafíos técnicos y económicos enfrentados por las implementaciones de almacenamiento de energía C&I y pronostica las tendencias de desarrollo futuras.

1. Antecedentes

En medio de la transición energética global y el aumento de las presiones ecológicas, los sistemas de energía enfrentan desafíos crecientes: intermitencia/volatilidad de las nuevas fuentes de energía, crecimiento continuo en la demanda de electricidad y requisitos cada vez más altos de calidad de energía. Las estaciones de carga de vehículos eléctricos y las instalaciones de almacenamiento de energía C&I suelen ubicarse cerca de áreas urbanas, enfrentando estrictas limitaciones de tamaño del sitio. El almacenamiento de energía C&I ofrece una solución flexible y eficiente a los problemas de estabilidad del suministro de energía, mientras evita las barreras de construcción de almacenamiento a gran escala debido a las restricciones de espacio, abriendo un nuevo camino para la confiabilidad y accesibilidad de la red.

2 Visión general de los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial
2.1 Principio de funcionamiento

Un sistema de almacenamiento de energía comercial e industrial almacena energía eléctrica en medios específicos, como baterías y supercondensadores, a través de un Sistema de Conversión de Potencia (PCS). Cuando es necesario, libera la energía almacenada, permitiendo la programación de la energía eléctrica y la regulación de potencia. Generalmente, el sistema de almacenamiento de energía consta de baterías, un Sistema de Gestión de Baterías (BMS), un Sistema de Gestión de Energía (EMS), un módulo combinador DC, un PCS y un sistema de salida. El diagrama esquemático del sistema de almacenamiento de energía se muestra en la Figura 1.

2.2 Tipos y características

(1) Modo de gabinete todo en uno. Se asemeja a un armario de distribución en apariencia, ocupando relativamente poco espacio, por lo que es adecuado para su instalación en escenarios con espacio limitado. Con un alto grado de modularización, es conveniente para el transporte, expansión y mantenimiento.

(2) Modo de gabinete dividido

Dada la limitación del tamaño del gabinete, su capacidad es relativamente pequeña (típicamente 200 kWh), siendo adecuada para escenarios de baja capacidad. Varios gabinetes pueden ensamblarse para necesidades de almacenamiento de energía más grandes.

El modo de gabinete dividido combina un gabinete de baterías y un gabinete de control del sistema (generalmente ≤2 gabinetes de baterías, por ejemplo, configuraciones 1 + 1/1 + 2). Aunque consume más espacio (en comparación con el todo en uno), se adapta a escenarios con límites de espacio más flexibles.

Las funciones principales son modularizadas: el gabinete de baterías se especializa en el almacenamiento/gestión de energía, con refrigeración independiente (aire/líquido), diseños contra incendios y a prueba de explosiones. El gabinete de control maneja la coordinación del sistema, la convergencia de baterías y la conversión de potencia.

Esto mejora la confiabilidad y la facilidad de mantenimiento — las fallas en un módulo no interrumpen a otros, y la cantidad de gabinetes de baterías se adapta flexiblemente a diversas demandas. Ambos modos se ilustran en la Figura 2.

3 Aplicación de los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial
3.1 Aplanamiento de picos de potencia

Los usuarios comerciales e industriales presentan diferencias de carga entre horas pico y valle. Al cargar durante los períodos de menor demanda y descargar durante los picos, los sistemas de almacenamiento de energía ayudan a equilibrar las cargas, reducir los costos de electricidad y aliviar la presión de suministro de la red durante las horas pico, mejorando así la eficiencia operativa de la red.

3.2 Mejoramiento de la calidad de la energía

Los sistemas de almacenamiento de energía pueden responder rápidamente a los problemas de calidad de la energía en la red. Mejoran la calidad de la energía proporcionando o absorbiendo potencia reactiva, estabilizando las fluctuaciones de voltaje y mitigando las armónicas.

3.3 Suministro de energía de emergencia

Cuando ocurren fallos o interrupciones en la red, los sistemas de almacenamiento de energía actúan como fuentes de energía de emergencia, proporcionando electricidad a corto plazo para usuarios comerciales e industriales. Esto minimiza las pérdidas y mejora la confiabilidad del suministro de energía.

3.4 Integración de energía renovable

Para los usuarios comerciales e industriales con energía renovable distribuida (por ejemplo, solar, eólica, mareomotriz), los sistemas de almacenamiento de energía almacenan la generación excedente de energía renovable. Descargan la energía almacenada durante períodos de baja producción de energía renovable (por ejemplo, sin luz solar o viento débil), aumentando la utilización de la energía renovable en la red y acelerando la transición energética. Un ejemplo exitoso es la estación de carga solar-integrada, que optimiza las características de la energía fotovoltaica.

4 Desafíos en la aplicación
4.1 Desafíos técnicos

(1) En cuanto a la vida útil, rendimiento y eficiencia de carga-descarga de las baterías: aunque algunos productos actuales logran una pérdida de capacidad nula en 5 años y una eficiencia de conversión del PCS superior al 95%, los avances tecnológicos siguen siendo difíciles. Optimizar las estrategias de gestión de baterías y mejorar la eficiencia de conversión se han convertido en claves para la competencia de los productos.

(2) En cuanto a la estabilidad de las baterías y la seguridad del sistema: en comparación con el almacenamiento de energía a gran escala, el almacenamiento de energía C&I está más cerca de las áreas residenciales. Por lo tanto, los sistemas de gestión térmica de baterías, los sistemas a prueba de explosiones y los sistemas contra incendios son críticos para garantizar la estabilidad de las baterías y la seguridad del sistema.

4.2 Desafíos económicos

(1) Altos costos iniciales de inversión y largos períodos de recuperación.

(2) Actualmente, los ingresos de los sistemas de almacenamiento de energía C&I provienen principalmente de la arbitraje de precios pico-valle, y la sostenibilidad y estabilidad de los ingresos necesitan mejoras.

5 Conclusión

Los sistemas de almacenamiento de energía comercial e industrial tienen amplias perspectivas y un valor de aplicación significativo en las redes eléctricas, desempeñando roles diversos. No solo ayudan a mejorar la estabilidad y confiabilidad de la red, sino que también aportan beneficios económicos a los usuarios, promoviendo la utilización eficiente de la energía y el desarrollo sostenible. Sin embargo, aún existen numerosos desafíos técnicos y económicos. Se necesitan mayores esfuerzos para fortalecer la innovación tecnológica, mejorar los mecanismos de mercado y las políticas, y promover la aplicación generalizada y el desarrollo saludable de los sistemas de almacenamiento de energía C&I.