Cómo elegir un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) de 500 kWh a 2 MWh para centros de datos y emplazamientos comerciales con acceso limitado a la red eléctrica.

Para muchos centros de datos, fábricas, centros logísticos, estaciones de carga para vehículos eléctricos y complejos comerciales, el principal problema energético no es el consumo total anual de electricidad, sino la diferencia entre las necesidades del lugar en determinados momentos y la capacidad de suministro fiable de la red eléctrica local.

Una instalación puede tener una conexión a la red de 600 kW, pero ocasionalmente requerir 800 kW. Un nuevo centro de datos puede tener suficiente capacidad de suministro eléctrico para su primera fase, pero enfrentarse a una larga espera para la siguiente actualización de conexión. Un punto de recarga para vehículos eléctricos puede tener una demanda media moderada, pero generar breves periodos de consumo muy elevado. En cada caso, un sistema de almacenamiento de energía en baterías puede proporcionar energía controlable en la red eléctrica y ayudar a que la instalación opere dentro de los límites de la red existente.

Lo importante es que el dimensionamiento de un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) no debe comenzar con una capacidad de catálogo como 500 kWh, 1 MWh o 2 MWh. Debe comenzar con el déficit de energía real de la instalación, la duración de dicho déficit, los requisitos de carga crítica y el objetivo operativo. Solo entonces la capacidad de la batería se convierte en una decisión de ingeniería relevante.

Comience con la brecha de potencia

El primer cálculo es sencillo:

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

Consideremos una instalación comercial con una demanda máxima de 800 kW y una conexión a la red disponible de 600 kW. El déficit de potencia es de 200 kW. Si este déficit se mantiene durante dos horas, el requerimiento mínimo de energía es de aproximadamente 400 kWh.

200 kW × 2 h = 400 kWh

Un sistema real requeriría un margen adicional para la profundidad de descarga útil, las pérdidas de conversión, el estado de carga mínimo, el envejecimiento de la batería y el crecimiento futuro de la carga. En ese caso, un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) de 500 kWh se convierte en un punto de partida razonable.

Esta es una forma más útil de dimensionar el almacenamiento que partir de un modelo de batería preferido. También explica por qué dos instalaciones con un consumo anual de electricidad similar pueden necesitar sistemas muy diferentes. Una puede necesitar alta potencia durante 30 minutos, mientras que la otra puede necesitar menor potencia durante tres o cuatro horas.

¿Batería de 500 kWh, 1 MWh o 2 MWh?

La diferencia entre estos niveles de capacidad no se reduce simplemente a "pequeño, mediano y grande". Cada uno puede soportar una combinación diferente de brecha de energía, duración del soporte y estrategia operativa.

Estos rangos son solo orientativos. El dimensionamiento final siempre debe basarse en datos de carga específicos del sitio.

Una batería de 1 MWh combinada con un sistema de conversión de potencia (PCS) de 250 kW ofrece un perfil de funcionamiento muy diferente al de la misma batería de 1 MWh combinada con un PCS de 500 kW. Una prioriza la duración; la otra, la potencia. Por eso, los kW y los kWh deben dimensionarse por separado.

Tres ejemplos prácticos de dimensionamiento

Una instalación comercial con limitaciones de red, con una carga máxima de 780 kW y un límite de red de 580 kW, presenta un déficit de 200 kW. Si la carga máxima suele durar dos horas, el proyecto requiere aproximadamente 400 kWh de energía utilizable. Tras añadir el margen operativo, un sistema de 500-550 kWh sería un tamaño lógico para evaluar.

Un centro de datos mediano puede tener una carga máxima de 1 MW, mientras que solo dispone de 650 kW de la red eléctrica durante el período operativo correspondiente. El déficit es de 350 kW. Si el centro requiere dos horas de soporte, el consumo energético base es de 700 kWh. Una vez considerados el estado de carga de reserva, las pérdidas por conversión y los requisitos de respaldo, el proyecto puede alcanzar un rango de entre 800 kWh y 1 MWh.

Un campus comercial de mayor tamaño podría enfrentar un déficit de energía de 600 kW tras su expansión. Si se prevé que este déficit se prolongue durante 2,5 horas, el requerimiento mínimo de energía es de 1,5 MWh. Con reservas y márgenes operativos, un sistema de 1,8 a 2 MWh resulta más realista.

La lógica en los tres casos es la misma: primero la brecha de potencia, segundo la duración y tercero el tamaño de la batería.

Los centros de datos necesitan un enfoque de diseño diferente.

En los centros de datos, la reducción de picos de demanda y el suministro de energía de respaldo no deben considerarse como un mismo requisito.

La reducción de picos de demanda se produce mientras la red eléctrica aún está disponible. El sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) simplemente reduce la cantidad de energía importada durante un período de alta demanda.

El funcionamiento de respaldo es diferente. La batería debe soportar cargas críticas cuando se pierde el suministro de la red eléctrica, lo que plantea una serie de cuestiones de diseño distintas: qué cargas son críticas, cuánta energía debe permanecer en reserva, con qué rapidez debe transferirse el sistema, si la instalación funcionará de forma aislada y cómo debe coordinarse la batería con los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y los generadores.

Por lo tanto, un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para centros de datos debe dimensionarse en función de una demanda superior a la demanda máxima del sitio. Los EPC también deben confirmar:

• Carga crítica de TI
• Carga de instalaciones no críticas
• Duración de la copia de seguridad requerida
• Capacidad de UPS y tiempo de tránsito
• Tiempo de inicio y tiempo de ejecución del generador
• SOC mínimo de emergencia
• Requisitos de STS o ATS
• Requisitos de funcionamiento en modo isla
• Requisitos de arranque en negro
• Planes de expansión futura

Esta distinción es importante porque un sistema que es perfectamente adecuado para la reducción de picos de demanda puede resultar insuficiente para el funcionamiento en situaciones de emergencia.

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS), los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y los generadores deben trabajar juntos.

En la mayoría de los proyectos de carga crítica, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) no reemplazan directamente ni a los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) ni a los generadores diésel. Estas tecnologías suelen desempeñar funciones diferentes.

Un SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) proporciona protección inmediata contra interrupciones breves y fluctuaciones en la calidad del suministro eléctrico. Un BESS (Sistema de Almacenamiento de Energía en Baterías) gestiona flujos de energía mayores durante periodos más prolongados. Un generador proporciona energía de emergencia extendida cuando los cortes de suministro duran más de lo que la batería puede soportar.

Por lo tanto, una arquitectura práctica puede combinar:

Red eléctrica + UPS + BESS + Generador + EMS

Si hay energía solar, el sistema puede ampliarse para:

Red eléctrica + Fotovoltaica + Sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) + Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) + Generador + Cargas críticas + Sistema de gestión de energía (EMS)

El sistema de gestión de energía (EMS) se encarga entonces de coordinar la carga y descarga de la batería, la cantidad de carga reservada para respaldo y el arranque del generador. Para los compradores comerciales, esta estrategia de control suele ser tan importante como la capacidad nominal de la batería.

¿Puede BESS reemplazar una actualización de la red eléctrica?

En ocasiones puede reducir o retrasar uno, pero no debe presentarse como un sustituto universal.

Muchos emplazamientos comerciales se enfrentan a costosas o lentas actualizaciones de la red eléctrica cuando incorporan nuevos equipos de producción, racks para centros de datos, cargadores para vehículos eléctricos, sistemas de climatización o edificios adicionales. La solución tradicional puede requerir un transformador de mayor capacidad, nuevos interruptores o una mejora de la conexión a la red eléctrica.

Una batería puede cubrir la diferencia entre la conexión a la red eléctrica existente y la carga máxima temporal de la instalación. Si el déficit se produce solo durante periodos limitados, esto puede resultar más rentable que ampliar la red únicamente para cubrir un pico de demanda puntual.

Por ejemplo:

Capacidad de la red: 750 kW
Potencia máxima del sitio: 1000 kW
Soporte de BESS requerido: aproximadamente 250 kW

Si ese déficit de 250 kW solo dura una o dos horas al día, puede que valga la pena evaluar los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) como una forma de apoyo a la capacidad o de aplazamiento de la mejora de la red eléctrica.

La decisión comercial debe comparar el costo y el plazo de ejecución de una mejora de la red eléctrica con el costo de capital, el valor operativo y la flexibilidad del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS). Aún es necesario revisar las normas de la compañía eléctrica y los acuerdos de conexión antes de asumir que el almacenamiento de energía en baterías puede reemplazar el refuerzo de la red.

Cómo dimensionar la potencia de los PC y la energía de la batería

En emplazamientos con limitaciones de red eléctrica, la potencia de los sistemas de alimentación parabólica (PCS) normalmente viene determinada por la magnitud del déficit de potencia.

Potencia requerida del PCS ≈ Carga máxima − Capacidad de red disponible

Si una planta alcanza un pico de 1000 kW y la red eléctrica puede suministrar 750 kW, el proyecto requiere aproximadamente 250 kW de energía de batería. Los ingenieros pueden seleccionar un sistema de almacenamiento de energía (PCS) ligeramente más grande para garantizar un margen operativo o para futuras ampliaciones.

La energía de la batería se determina entonces en función del tiempo que se requiera el soporte:

Energía de la batería requerida ≈ Potencia de soporte × Duración del soporte

Si el déficit de 250 kW se prolonga durante dos horas, el requerimiento energético base es de 500 kWh. El diseño final deberá entonces tener en cuenta la duración de la batería, las pérdidas del sistema, el estado de carga mínimo, la reserva de emergencia y la degradación.

Por eso, un proyecto puede requerir una alta potencia de PCS pero una capacidad de batería relativamente modesta, o viceversa. Nunca se deben elegir ambos valores como si fueran intercambiables.

Qué deben comprobar las empresas de ingeniería, adquisición y construcción (EPC) antes de la contratación.

Para proyectos de entre 500 kWh y 2 MWh, comparar el precio por kWh no es suficiente. El sistema debe evaluarse como parte de la infraestructura eléctrica del emplazamiento.

Para los centros de datos y otras instalaciones críticas, la disponibilidad del sistema y la lógica de control suelen ser más importantes que lograr el menor coste inicial de la batería.

Opciones modulares de GSL ENERGY para proyectos de 500 kWh a 2 MWh

Para proyectos que se benefician de la expansión modular, el GSL-CESS-125K261 puede utilizarse como un componente básico.

Cada gabinete tiene una potencia nominal de 125 kW / 261,2 kWh y utiliza celdas LFP de 314 Ah, una plataforma de batería con una tensión nominal de 832 V, refrigeración líquida y comunicación CAN/Ethernet/RS485.

Una progresión modular típica se puede construir en torno a:

La documentación del producto identifica centros de datos, fábricas inteligentes, edificios comerciales y estaciones de carga entre sus escenarios de aplicación típicos. La arquitectura del sistema también admite la integración con sistemas de gestión de energía (EMS), la red eléctrica, la energía fotovoltaica, la generación eólica, la carga de vehículos eléctricos y múltiples unidades de almacenamiento de energía para uso comercial e industrial.

Aún se deben confirmar la configuración paralela exacta, la estrategia de control del PCS y el diseño del sistema auxiliar para el modo de funcionamiento del proyecto, ya sea conectado a la red o aislado.

Un flujo de trabajo práctico para dimensionar proyectos

Idealmente, un proyecto serio de 500 kWh a 2 MWh debería comenzar con al menos 12 meses de datos de carga con una resolución de 15 minutos o superior. Posteriormente, el EPC debería confirmar el límite real de conexión a la red, identificar la duración y la frecuencia del déficit de potencia, diferenciar los requisitos de reducción de picos de los requisitos de respaldo de emergencia y definir cuánta capacidad de carga debe permanecer disponible para las cargas críticas.

El siguiente paso consiste en modelar las condiciones futuras. La incorporación de servidores adicionales, cargadores para vehículos eléctricos, equipos de producción o capacidad fotovoltaica puede modificar sustancialmente el tamaño del sistema requerido. Una vez comprendido el perfil de carga futuro, el proyecto podrá calcular tanto la potencia necesaria del sistema de control de potencia (PCS) como la capacidad de la batería.

Es preferible realizar una simulación de un año completo a dimensionar el sistema basándose en un solo día de máxima demanda, ya que revela las diferencias estacionales, la frecuencia de los ciclos de carga y descarga, la reserva de respaldo disponible y la utilización real de la batería.

Preguntas frecuentes

¿Cuánta capacidad de almacenamiento de batería necesita un centro de datos?

No existe una proporción fija. El tamaño correcto depende de la carga crítica, la capacidad de la red disponible, la duración de soporte requerida, la arquitectura del SAI, la capacidad del generador y la reserva de respaldo.

¿Son suficientes 500 kWh para un centro de datos pequeño?

Es posible. Un emplazamiento con un déficit de red de aproximadamente 200 kW que dure alrededor de dos horas podría situarse en el rango de los 500 kWh una vez incluido el margen operativo.

¿Puede BESS sustituir una mejora de la red eléctrica?

En algunos proyectos, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) pueden reducir o posponer la necesidad de capacidad adicional en la red eléctrica. Si pueden reemplazar por completo una actualización depende del perfil de carga del sitio, los requisitos de la compañía eléctrica y el crecimiento a largo plazo.

¿Pueden los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) funcionar con sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y generadores diésel?

Sí. En proyectos de carga crítica, estos sistemas suelen desempeñar funciones complementarias y deben coordinarse a través de la arquitectura general de control de potencia.

¿Debería un proyecto optar por mayor potencia de PCS o mayor capacidad de batería?

La potencia del sistema de alimentación conmutada (PCS) debe coincidir con el requerimiento de potencia instantáneo. La capacidad de la batería debe coincidir con la duración de dicho requerimiento. Un mayor consumo de kW no implica automáticamente un mayor requerimiento de kWh, y viceversa.

¿Es mejor 1 MWh o 2 MWh para una instalación comercial con limitaciones de suministro eléctrico?

Ninguno de los dos tamaños es intrínsecamente mejor. Un sistema de 1 MWh puede ser suficiente para un corte de energía moderado que dure alrededor de dos horas, mientras que un sistema de 2 MWh puede ser necesario para cargas mayores, períodos de soporte más prolongados o una reserva de respaldo adicional.

Conclusiones finales

Para centros de datos y emplazamientos comerciales con limitaciones de red, el dimensionamiento de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) debe comenzar con cuatro cifras:

Carga máxima del sitio | Capacidad de red disponible | Potencia de soporte requerida | Duración de soporte requerida

Estas cifras determinan si el proyecto se ajusta mejor a una solución de 500 kWh, 1 MWh o 2 MWh. El diseño de ingeniería debe entonces tener en cuenta las cargas críticas, la coordinación entre el SAI y el generador, la reserva de respaldo, la expansión futura y la estrategia de control del EMS.

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) de tamaño adecuado hace más que almacenar electricidad. Proporciona a la instalación una fuente de energía controlable, flexibilidad operativa y resiliencia cuando la red eléctrica por sí sola no puede satisfacer todas las necesidades.

¿Está planificando un proyecto de almacenamiento de energía en baterías (BESS) de 500 kWh a 2 MWh?

Para la evaluación preliminar del proyecto, prepare lo siguiente:

País | Carga del sitio | Demanda máxima | Capacidad de red disponible | Duración de soporte requerida | Carga crítica | Capacidad fotovoltaica | Requisito de respaldo | Aplicación

GSL ENERGY puede utilizar estos datos para evaluar la potencia requerida del PCS, la capacidad de la batería, la duración de funcionamiento y la arquitectura del sistema para proyectos de almacenamiento de energía comerciales, industriales y de carga crítica.