¿Puede el almacenamiento de energía en baterías evitar una mejora de la conexión a la red eléctrica? Una guía para proyectos comerciales e industriales.

Para muchos proyectos energéticos comerciales e industriales, la principal limitación ya no es el precio de la electricidad, sino la cantidad de electricidad que la instalación tiene permitido consumir de la red.

Una fábrica podría querer añadir otra línea de producción. Un almacén podría estar instalando cargadores de alta potencia para vehículos eléctricos. Un hotel podría estar ampliando sus instalaciones de climatización y ocio. Un centro de datos podría haber conseguido terrenos y clientes, pero solo una parte de la capacidad eléctrica necesaria para la siguiente fase de desarrollo. En cada caso, la solución tradicional consiste en solicitar una conexión a la red eléctrica de mayor capacidad, modernizar el transformador o reforzar la infraestructura eléctrica local.

Ese proceso puede resultar costoso y, en zonas congestionadas, lento.

El almacenamiento de energía en baterías ofrece otra opción. Al suministrar parte de la carga de la planta durante los períodos de alta demanda y recargarse cuando hay capacidad de red disponible, un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) puede, en ocasiones, mantener la importación de energía de la red por debajo del límite de conexión existente. En el proyecto adecuado, esto puede reducir, aplazar o incluso evitar parcialmente una actualización de la red eléctrica.

La palabra clave es a veces.

Una batería no crea nueva capacidad de red ni puede solucionar una escasez de energía permanente. Su viabilidad comercial depende de cuándo se produzca la escasez de capacidad, cuánto dure y si la batería tiene la potencia y la energía suficientes para cubrirla.

Por qué la capacidad de la red eléctrica se está convirtiendo en un problema para el sector comercial e industrial.

En muchos mercados, la electrificación comercial avanza más rápido que la infraestructura de la red eléctrica.

Las fábricas están sustituyendo los procesos que utilizan combustibles fósiles por equipos eléctricos, los centros logísticos están incorporando puntos de recarga para vehículos eléctricos, los edificios están instalando bombas de calor y los centros de datos están generando nuevas y grandes cargas concentradas. Al mismo tiempo, la energía solar distribuida está ejerciendo una presión adicional sobre las redes locales durante los periodos de alta generación.

Esto crea una situación común: la conexión a la red eléctrica existente sigue funcionando, pero ya no es lo suficientemente grande para la siguiente etapa del desarrollo del sitio.

El problema técnico puede ser sorprendentemente sencillo. Una fábrica puede tener un límite de suministro eléctrico contratado o físico de 500 kW, mientras que la planta ampliada alcanza ocasionalmente los 700 kW. No necesariamente necesita 200 kW adicionales de la red cada hora del año; puede que solo los necesite durante una o dos horas en los picos de producción.

Esa distinción es donde el almacenamiento de baterías se vuelve interesante.

Investigaciones recientes en Alemania ilustran este principio general. Un estudio del Fraunhofer IEE reveló que la infraestructura de red existente a menudo puede incorporar más generación de energía renovable cuando las baterías absorben picos de potencia de corta duración, en lugar de diseñar la red en función del máximo teórico en cada momento. El estudio estimó un potencial considerable de conexión adicional de paneles fotovoltaicos y baterías en las subestaciones existentes mediante el uso de almacenamiento para mejorar la utilización de los transformadores.

Un emplazamiento comercial se enfrenta a la misma cuestión de ingeniería desde el otro lado del contador: ¿es realmente necesario modernizar la red eléctrica para el pico de demanda absoluto, o se puede gestionar parte de ese pico localmente?

Cuándo una batería BESS puede reducir o retrasar una actualización de la red eléctrica

El almacenamiento de energía en baterías funciona mejor cuando la limitación de la red eléctrica es intermitente, en lugar de continua.

Consideremos una planta de fabricación con una conexión a la red de 500 kW. Tras la incorporación de una nueva línea de producción, se prevé que la demanda máxima alcance los 700 kW entre las 14:00 y las 16:00, mientras que la carga durante la mayor parte del resto del tiempo se mantendrá por debajo de los 500 kW.

La escasez de energía es:

700 kW − 500 kW = 200 kW

Si la batería debe cubrir ese intervalo durante dos horas:

200 kW × 2 horas = 400 kWh

Tras tener en cuenta el estado de carga de reserva, las pérdidas por conversión, la degradación y el margen operativo, el proyecto podría evaluar un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) de aproximadamente 500 kWh.

La conexión a la red eléctrica se mantiene en 500 kW. Durante el período de máxima demanda, la instalación recibe 500 kW de la red y aproximadamente 200 kW de la batería. Cuando la demanda disminuye, la batería puede recargarse sin superar el mismo límite de la red.

En este tipo de proyectos, el almacenamiento no reemplaza la red eléctrica, sino que la modifica en el momento en que la instalación consume electricidad de ella.

Esa diferencia es fundamental.

Si la misma fábrica requiere 700 kW de forma continua durante 24 horas, una batería de 500 kWh no solucionará el problema. Se descargaría rápidamente y aún necesitaría recargarse desde una conexión ya limitada. Un déficit permanente de 200 kW requiere generación adicional, una conexión a la red de mayor capacidad u otra fuente de energía de larga duración.

Por lo tanto, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) son más eficaces cuando el problema de capacidad se mide en términos de duración pico, y no simplemente en términos de carga máxima.

Evitar, aplazar o reducir: son resultados diferentes.

Resulta útil para las empresas de ingeniería, adquisición y construcción (EPC) y para los promotores inmobiliarios distinguir entre tres posibles resultados.

Una batería puede evitar una actualización de la red eléctrica cuando la conexión existente es suficiente para el consumo energético promedio de la instalación y solo los picos de corta duración superan el límite. En este caso, el sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) puede seguir siendo la solución a largo plazo.

Puede que se posponga una actualización cuando la planta necesite energía adicional de inmediato, pero ya se haya planificado un refuerzo de la red eléctrica para dentro de varios años. El almacenamiento puede cubrir ese período, permitiendo que la empresa se expanda antes de que finalice el proyecto de red.

O bien, puede reducir la necesidad de mejoras. Una instalación que prevé crecer de 1 MW a 1,8 MW podría utilizar sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para limitar la demanda de la red a 1,4 MW, lo que significa que el refuerzo de la red no necesita cubrir todo el pico futuro.

Estas distinciones tienen importancia económica.

El análisis de viabilidad no debe comparar únicamente:

Coste del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) frente al coste del transformador.

También debería tener en cuenta lo siguiente:

Costo de actualización de la red + tiempo de espera + pérdida de producción o retraso en los ingresos del proyecto

contra:

Inversión en BESS + ahorros operativos + valor residual tras la actualización de la red

Una batería que parece cara como dispositivo de ahorro de energía puede tener mucho más sentido cuando permite que una fábrica, un centro de carga o un centro de datos comiencen a funcionar un año antes.

Cómo dimensionar un sistema BESS para un sitio con limitaciones de red.

El primer cálculo suele ser un cálculo de potencia.

Potencia requerida del BESS ≈ Carga máxima del sitio − Capacidad disponible de la red

La segunda es la duración:

Energía de la batería base ≈ Potencia requerida del BESS × Duración de la restricción

Supongamos que una instalación comercial tiene un pico de 800 kW, pero solo 600 kW de capacidad de red. Si el déficit de 200 kW dura dos horas, el requerimiento energético teórico es de alrededor de 400 kWh.

Si el mismo déficit dura cuatro horas, se convierte en 800 kWh.

Por eso, dos emplazamientos con la misma conexión a la red eléctrica pueden requerir capacidades de batería muy diferentes.

Para la evaluación preliminar de proyectos, un rango simplificado puede tener este aspecto:

Estos son ejemplos de planificación, no diseños de sistemas finales. El dimensionamiento real debe tener en cuenta la capacidad útil de la batería, la eficiencia del PCS, la degradación de la batería, el estado de carga mínimo de reserva, las condiciones ambientales y si parte de la batería debe permanecer disponible como respaldo.

Por lo tanto, el perfil de carga es más importante que la factura mensual de electricidad por sí sola. Un conjunto de datos con intervalos de 15 minutos suele proporcionar información mucho más útil que el consumo mensual total.

La instalación de paneles solares existentes puede reforzar el argumento comercial.

Los emplazamientos con limitaciones de conexión a la red eléctrica suelen tener ya paneles solares fotovoltaicos, lo que modifica el cálculo.

Una fábrica puede no poder importar más electricidad durante la tarde, pero puede tener varios cientos de kilovatios de energía solar sobrante al mediodía. En lugar de exportar esa energía, una batería puede almacenarla y usarla más tarde cuando la planta se acerque al límite de su capacidad de la red eléctrica.

Esto genera dos beneficios a partir del mismo sistema:

mayor autoconsumo solar y apoyo a la capacidad de la red

La rentabilidad económica puede ser mayor que la de cualquiera de los dos casos de uso por separado.

Por ejemplo, una instalación con una conexión de 500 kW y un sistema solar de 600 kWp podría consumir solo 300 kW durante parte de la tarde. La capacidad de la red eléctrica y el excedente de energía solar permiten cargar la batería. Cuando la demanda de producción alcanza los 650 kW, la energía almacenada puede cubrir la diferencia de 150 kW, manteniendo la importación de la red en 500 kW o menos.

La batería, en la práctica, permite transferir tanto la generación de energía solar como la capacidad de la red eléctrica a lo largo del tiempo.

Esta es también la razón por la que el almacenamiento de energía en baterías para microrredes comerciales está cobrando relevancia en la expansión industrial. Una vez que un sistema de gestión de energía (EMS) coordina la energía fotovoltaica, el sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS), el suministro de la red eléctrica y, posiblemente, un generador diésel, la planta dispone de más opciones que simplemente solicitar un transformador de mayor capacidad.

Para proyectos que requieren una arquitectura de sistema más amplia, GSL ENERGY soluciones de microrredes industriales y comerciales Abarca configuraciones conectadas a la red, híbridas y aisladas, combinando sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) con generación in situ y gestión de la carga.

Un proyecto con restricciones de red no es lo mismo que un proyecto de respaldo.

Una de las cuestiones de diseño más importantes es si el mismo sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) también debe proporcionar respaldo de emergencia.

Durante el funcionamiento normal de la red eléctrica, la batería puede descargarse deliberadamente para evitar que la demanda del sitio supere el límite de conexión.

Sin embargo, durante un apagón, es posible que la empresa desee que la batería permanezca disponible para cargas críticas.

Esos dos objetivos compiten por la misma energía almacenada.

Técnicamente, una fábrica podría tener una batería de 1 MWh, pero si se utilizan habitualmente 800 kWh para cubrir los picos de demanda, es posible que solo quede disponible una pequeña parte cuando se produzca un apagón.

Por lo tanto, el SME necesita una estrategia de reserva.

Por ejemplo, el sistema podría reservar entre un 20 % y un 30 % del estado de carga (SOC) para operaciones de emergencia, utilizando el resto para el soporte de la red y la optimización de la energía solar. La reserva adecuada depende de la carga crítica, la disponibilidad del generador y la duración de respaldo requerida.

Si ya hay un generador diésel instalado, el sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) también puede funcionar como parte de un sistema híbrido. La batería puede proporcionar energía inmediata, controlar picos de demanda puntuales y retrasar el arranque del generador, mientras que este permanece disponible para cortes de energía más prolongados.

Eso suele ser más económico que dimensionar la batería para que dé servicio a toda la instalación durante muchas horas.

Dónde se instalan los sistemas de 261 kWh, 500 kWh, 1 MWh y 2 MWh

Los proyectos de aumento de capacidad de la red eléctrica se adaptan naturalmente a las arquitecturas modulares de baterías para el sector comercial e industrial, ya que el sistema se puede ajustar al tamaño del déficit de energía real.

Un armario de 261 kWh puede ser adecuado cuando la escasez es relativamente pequeña o de corta duración. Dos unidades elevan el proyecto al rango de 500 kWh, mientras que cuatro armarios pueden generar aproximadamente 1 MWh de almacenamiento.

Tomando como ejemplo una plataforma modular de 125 kW/261,2 kWh:

Lo importante no es simplemente que se puedan instalar armarios adicionales. El sistema de control de potencia (PCS), el transformador, los interruptores, el sistema de gestión de energía (EMS) y el esquema de protección de la planta también deben diseñarse en función de la potencia operativa requerida.

Una instalación que solo necesita 200 kW de potencia máxima puede no requerir un sistema de alimentación de 500 kW, simplemente porque utiliza aproximadamente 1 MWh de almacenamiento en baterías. Por el contrario, un pico de potencia breve pero muy alto puede requerir mayor capacidad del sistema de alimentación y menor consumo de energía.

Por eso, los kW y kWh nunca deben seleccionarse independientemente del perfil de carga.

¿Qué sucede después de que se actualiza la red eléctrica?

Una preocupación común es si el sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se vuelve innecesario una vez que la compañía eléctrica finalmente proporciona mayor capacidad.

Normalmente, no es necesario.

Una vez eliminada la restricción de la red eléctrica, la misma batería puede seguir aportando valor mediante el autoconsumo solar, la reducción de picos de demanda, la optimización del consumo según la hora del día, la reserva de respaldo o la participación en mercados de flexibilidad donde lo permitan las regulaciones.

Esta es una parte importante de la decisión de inversión.

Si una empresa invierte mucho en generación de energía diésel temporal o en infraestructura eléctrica provisional, gran parte de esa inversión puede tener poco valor una vez que se complete la conexión permanente a la red eléctrica.

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) puede seguir siendo un activo energético en funcionamiento.

Eso les da a los desarrolladores otra forma de evaluar el proyecto:

¿Qué funciones seguirá desempeñando este equipo una vez que desaparezca el problema original de la red eléctrica?

Cuanto más sólida sea la respuesta, más fácil será justificar la inversión.

Cuando el almacenamiento en baterías no es la solución adecuada

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) no deben presentarse como una alternativa universal al refuerzo de la red eléctrica.

Si una instalación requiere mucha más energía las 24 horas del día, la batería no solucionará la escasez de capacidad subyacente. Si no hay un período de baja carga en el que pueda recargarse, el sistema no tiene oportunidad de transferir energía.

El almacenamiento también puede resultar antieconómico cuando el refuerzo de la red eléctrica es económico, está disponible de inmediato y es lo suficientemente grande como para satisfacer el crecimiento a largo plazo.

Otros proyectos pueden necesitar una autonomía de respaldo tan grande que los generadores, las pilas de combustible o la infraestructura de red adicional resulten más prácticos.

Por eso, la primera fase de un proyecto de baterías para el sector comercial e industrial debería ser una evaluación de ingeniería en lugar de una cotización de producto.

Un buen proveedor debería estar dispuesto a decir cuándo el almacenamiento no es la solución adecuada.

Esto es especialmente importante para las empresas de ingeniería, adquisición y construcción (EPC, por sus siglas en inglés), ya que sobredimensionar un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) puede hacer que un proyecto que de otro modo sería bueno resulte difícil de justificar económicamente.

Qué deben comprobar los EPC antes de solicitar un presupuesto para BESS.

Para un proyecto comercial o industrial con limitaciones de red, la información más útil es sencilla:

A partir de estos datos, la empresa de ingeniería, adquisición y construcción (EPC) puede determinar si el proyecto es principalmente un problema de capacidad de la red, un problema energético, un problema de respaldo o una combinación de los tres.

Esa distinción debe hacerse antes de seleccionar la batería.

La cuestión comercial se centra realmente en el coste de la espera.

El argumento más sólido a favor de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) suele aparecer cuando la modernización de la red eléctrica es posible, pero demasiado lenta.

Un fabricante puede saber que la compañía eléctrica podrá suministrar otros 500 kW, pero el refuerzo podría tardar dos años. Si la nueva línea de producción genera ingresos significativos, esperar dos años puede resultar mucho más caro que el sistema de baterías.

La misma lógica se aplica a los centros de datos, los puntos de recarga de vehículos eléctricos, los hoteles y las instalaciones logísticas.

Esto cambia la forma en que se debe calcular el retorno de la inversión (ROI).

Los cálculos tradicionales de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se centran principalmente en:

Ahorro de electricidad + reducción de picos de demanda + arbitraje

Un proyecto con limitaciones de red también debería considerar:

producción anterior

apertura anticipada del sitio

generación evitada

inversión diferida en infraestructura

ingresos preservados durante el período de espera

Estas ventajas pueden hacer que el almacenamiento sea comercialmente relevante incluso cuando el arbitraje energético convencional por sí solo no justificaría el proyecto.

El almacenamiento de energía en baterías no puede crear una capacidad ilimitada para la red eléctrica, y no debe venderse como una solución rápida para eludir los requisitos de interconexión de las compañías eléctricas.

Pero cuando la demanda máxima de una instalación supera la conexión existente solo durante períodos limitados, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) pueden ser una forma práctica de gestionar esa brecha de capacidad.

Por lo tanto, la pregunta correcta no es:

“¿Puede una batería sustituir una mejora de la red eléctrica?”

Es:

“¿Tiene este emplazamiento una limitación de energía de corta duración que pueda solucionarse con almacenamiento?”

Si la respuesta es afirmativa, el proyecto podría evitar, reducir o posponer un costoso refuerzo de la red eléctrica, manteniendo al mismo tiempo la utilidad de la batería para la optimización solar, la gestión de picos de demanda y el suministro de respaldo una vez que desaparezca la limitación original.

Para proyectos comerciales e industriales, esto convierte a los sistemas BESS en algo más que un dispositivo de ahorro de energía.

Se integra así en la estrategia de capacidad energética de la planta.

Para las empresas de ingeniería, adquisición y construcción (EPC) y los desarrolladores que evalúan un sitio con limitaciones de red, la información inicial más útil es:

País | Capacidad de la red existente | Carga máxima | Potencia adicional requerida | Duración de la restricción | Capacidad fotovoltaica | Carga crítica | Capacidad del generador | Fecha de expansión prevista

Con esos datos, GSL ENERGY puede evaluar la potencia del PCS, la capacidad de la batería y la arquitectura del sistema adecuadas para proyectos que van desde unos pocos cientos de kilovatios-hora hasta varios MWh. Batería C&I almacenamiento.