En la búsqueda por una energía más limpia y eficiente, los sistemas de almacenamiento de energía se han convertido en una pieza clave dentro del sistema energético actual. Uno de estos sistemas es el Sistema BESS (Battery Energy Storage System), que utiliza baterías para almacenar y suministrar energía eléctrica de manera eficiente.
Un sistema BESS se compone de varias baterías conectadas en serie o paralelo, las cuales trabajan juntas para almacenar y suministrar energía eléctrica. Estas baterías pueden ser de diferentes tipos, como de ion-litio, plomo-ácido, níquel-cadmio, entre otras. Cada tipo de batería tiene sus propias características y ventajas, por lo que la elección del tipo de batería que necesitamos instalar dependerá de las necesidades y requerimientos específicos del sistema.
La principal ventaja de un sistema BESS es que puede almacenar energía eléctrica en momentos de baja demanda para suministrarla en momentos de alta demanda, lo que ayuda a reducir los picos de demanda de energía y a optimizar el uso de la red eléctrica. Además, un sistema BESS también puede ser utilizado para suministrar energía de emergencia en caso de fallos en la red eléctrica.
Otra ventaja de este sistema es que puede ser utilizado en combinación con fuentes renovables de energía, como la energía solar o eólica, para asegurar un suministro constante de energía eléctrica. Esto es especialmente importante en regiones donde la energía renovable puede ser intermitente debido a la variabilidad del clima.
Además de sus beneficios técnicos, un sistema BESS también puede ser una inversión rentable a largo plazo. A medida que las tecnologías de baterías avanzan y los costos disminuyen, los sistemas de almacenamiento de energía se vuelven cada vez más accesibles para consumidores y empresas. La instalación de este sistema puede reducir los costos de energía a largo plazo y mejorar la eficiencia energética de una instalación.
En cuanto a la apariencia física del sistema BESS, puede variar ampliamente según la escala y el propósito de éste. Los sistemas BESS más pequeños pueden parecer una caja de metal o plástico, mientras que los sistemas BESS más grandes pueden requerir un contenedor o un edificio dedicado para su alojamiento.
Componentes de un sistema BESS
Componentes de un sistema BESS
Un sistema BESS se conforma por varios componentes que trabajan juntos para almacenar y distribuir la energía eléctrica de manera eficiente y sostenible. A continuación, se describen los componentes principales de un sistema BESS:
- Baterías: Las baterías son el componente principal del sistema, se utilizan para almacenar la energía generada por la red eléctrica o por fuentes de energía renovable. Las baterías pueden ser de diferentes tipos, incluyendo baterías de iones de litio, de plomo-ácido o de flujo redox.
- Inversor: Es un componente importante en el sistema, ya que se encarga de convertir la corriente continua (DC) de las baterías en corriente alterna (AC) que se utiliza en la red eléctrica, también se encarga de controlar la carga y descarga de las baterías para garantizar la eficiencia y seguridad del sistema.
- Controlador: El controlador es otro componente clave de este sistema, se encarga de monitorear la carga y descarga de las baterías y de controlar el flujo de energía en el sistema. Éste puede ser programado para optimizar el uso de la energía almacenada en las baterías y para garantizar la seguridad del sistema.
- Sistema de refrigeración: Dado que las baterías generan calor durante la carga y descarga, el sistema BESS también incluye un sistema de refrigeración que se encarga de mantener la temperatura adecuada en las baterías. Un sistema de refrigeración adecuado puede prolongar la vida útil de las baterías y mejorar la eficiencia del sistema.
- Sistema de gestión de la energía (EMS): El sistema de gestión de la energía es un componente importante del sistema BESS que se encarga de controlar y monitorear el flujo de energía en el sistema. El EMS puede ser utilizado para optimizar el uso de la energía almacenada en las baterías y para garantizar la eficiencia y seguridad.
- Sistema de protección y seguridad: El sistema BESS también debe incluir un sistema de protección y seguridad que se encarga de garantizar la seguridad del sistema en caso de fallas o problemas en éste. Puede incluir sistemas de sobrecarga, cortocircuitos, y sistemas de extinción de incendios.
Peak Sheaving
Peak Sheaving
El Peak Sheaving es una función importante que permite reducir los picos de demanda eléctrica en la red. Esto se logra almacenando energía en las baterías durante los períodos de baja demanda y liberando esta energía durante los períodos de alta demanda.
Durante los períodos de baja demanda, el sistema BESS carga sus baterías utilizando la energía generada por la red eléctrica o por fuentes de energía renovable como la solar o eólica. Luego, durante los períodos de alta demanda, el sistema BESS descarga la energía almacenada en sus baterías en la red para satisfacer la demanda eléctrica.
Esta estrategia de Peak Sheaving puede reducir los costos de energía y mejorar la estabilidad del sistema eléctrico. Además, el uso de un sistema BESS para Peak Sheaving puede reducir la necesidad de construir nuevas centrales eléctricas o de ampliar las infraestructuras existentes, lo que puede resultar en un ahorro significativo de costos a largo plazo.
El Peak Sheaving es solo una de las muchas funciones que un sistema BESS puede ofrecer. Además del Peak Sheaving, un sistema BESS puede utilizarse para el almacenamiento de energía de respaldo, para la regulación de frecuencia y voltaje en la red eléctrica, y para el suministro de energía durante los cortes o fallas en el suministro eléctrico.
Capacidad de un sistema BESS
Capacidad de un sistema BESS
El cálculo de la capacidad de un sistema BESS depende de varios factores, como la cantidad de energía que se desea almacenar, la duración del almacenamiento, la eficiencia del sistema y la capacidad del inversor.
En general, la capacidad de un sistema BESS se mide en kilovatios-hora (kWh) y se calcula multiplicando la capacidad nominal de la batería por su voltaje nominal.
Por ejemplo, si un sistema BESS utiliza una batería con una capacidad nominal de 100 kWh y un voltaje nominal de 400V, la capacidad del sistema sería de 40 mWh (100 kWh x 400V).
Además de la capacidad nominal de la batería, es importante considerar la profundidad de descarga (DOD) del sistema BESS. La DOD se refiere a la cantidad de energía que se puede extraer de una batería antes de que se agote completamente. Por lo general, se recomienda no descargar una batería más allá del 80% de su capacidad nominal para prolongar su vida útil. Por lo tanto, la capacidad útil del sistema BESS se calcula multiplicando la capacidad nominal de la batería por el porcentaje de DOD deseado.
Otro factor que demos considerar al calcular la capacidad de un sistema BESS es la eficiencia del sistema, que se refiere a la cantidad de energía que se pierde durante la conversión de corriente continua (DC) a corriente alterna (AC) y viceversa. La eficiencia típica de un sistema BESS varía entre el 85% y el 95%, por lo que es importante contemplar esto al calcular la capacidad real del sistema.
Cálculo de un sistema BESS
Cálculo de un sistema BESS
El cálculo de un sistema BESS (Battery Energy Storage System) implica una serie de pasos y consideraciones, que dependen de la aplicación específica y los objetivos del sistema. A continuación, se presentan algunos aspectos clave a considerar al calcular un sistema BESS:
1. Análisis de carga: El primer paso para calcular un sistema BESS es analizar el perfil de carga energética de la aplicación en la que se será utilizado. Esto implica medir la demanda de energía en diferentes momentos del día y determinar los patrones de consumo de energía.
2. Selección de baterías: Una vez que se comprende el perfil de carga, se pueden seleccionar las baterías que mejor se adapten a las necesidades de la aplicación. La selección implica considerar la capacidad nominal de la batería, el voltaje nominal, la eficiencia, la profundidad de descarga y la vida útil.
3. Dimensionamiento del sistema: Una vez que se han seleccionado las baterías, se puede determinar el tamaño del sistema BESS, el cual se calcula en función de la demanda de energía y la capacidad de la batería seleccionada.
4. Selección del inversor: Después de dimensionar el sistema BESS, se debe seleccionar el inversor que mejor se adapte al sistema.
5. Diseño del sistema: Una vez que se han seleccionado los componentes principales, se debe diseñar el sistema en su totalidad. Esto implica diseñar el sistema de control y monitoreo, el sistema de refrigeración y el sistema de protección y seguridad.
6. Instalación y puesta en marcha: Finalmente, se debe instalar y poner en marcha el sistema BESS. Esto implica conectar los componentes, programar el sistema de control y monitoreo y realizar pruebas para asegurarse de que esté funcionando correctamente.
Ventajas de los sistemas BESS
Ventajas de los sistemas BESS
El BESS presenta varias ventajas en comparación con otros sistemas de respaldo de energía, entre las que se incluyen:
1. Mayor flexibilidad: El BESS es más flexible que otros sistemas de respaldo, ya que puede ser utilizado para una amplia variedad de aplicaciones, como el almacenamiento de energía renovable, la regulación de frecuencia, el pico de demanda y la reserva de capacidad. Además, puede ser utilizado tanto en aplicaciones a pequeña como a gran escala.
2. Alta eficiencia: Los sistemas BESS tienen una alta eficiencia energética, lo que significa que pueden almacenar y liberar energía con una pérdida mínima. Esto se debe a que las baterías utilizadas en los sistemas BESS son cada vez más eficientes y tienen una mayor vida útil.
3. Bajo costo: A medida que la tecnología de las baterías ha evolucionado, el costo de los sistemas BESS ha disminuido significativamente en los últimos años. Esto hace que sean cada vez más asequibles y competitivos en comparación con otros sistemas de respaldo.
4. Mayor fiabilidad: Los sistemas BESS pueden proporcionar un suministro de energía más fiable en comparación con otros sistemas de respaldo, ya que no están sujetos a las limitaciones de los combustibles fósiles. Además, pueden proporcionar energía instantáneamente sin tener que esperar la llegada de combustible o la activación de un generador.
5. Reducción de emisiones: El uso de estos sistemas puede reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero al permitir una mayor integración de fuentes de energía renovable en la red eléctrica. Esto se debe a que los sistemas BESS pueden almacenar energía renovable generada durante los momentos de baja demanda y liberarla durante los momentos de alta demanda, reduciendo así la necesidad de usar combustibles fósiles para generar energía.
Desventajas de un sistema BESS
Desventajas de un sistema BESS
A pesar de las ventajas que presenta el BESS (Battery Energy Storage System) en comparación con otros sistemas de respaldo de energía, también existen algunas desventajas que se deben tener en cuenta:
1. Costo inicial: A pesar de que el costo de los sistemas BESS ha disminuido significativamente en los últimos años, aún puede ser más elevado que otros sistemas de respaldo, especialmente para aplicaciones a gran escala.
2. Vida útil limitada: Aunque las baterías utilizadas en estos sistemas han mejorado en términos de eficiencia y durabilidad, todavía tienen una vida útil limitada en comparación con otros sistemas de respaldo.
3. Limitaciones de capacidad: Los sistemas BESS tienen limitaciones en cuanto a su capacidad de almacenamiento de energía, lo que puede limitar su uso para aplicaciones de alta demanda o a gran escala.
4. Riesgo de incendio: Las baterías utilizadas en estos pueden presentar un riesgo de incendio en ciertas circunstancias, lo que requiere medidas especiales de seguridad.
5. Disposición de baterías: La disposición de las baterías utilizadas en los sistemas BESS puede ser un problema ambiental, ya que contienen metales pesados y otros materiales tóxicos que deben ser manejados de manera segura para su reciclaje o eliminación.
Aplicaciones de los sistemas BESS
Aplicaciones de los sistemas BESS
Los sistemas BESS se pueden utilizar en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo:
- Integración de energía renovable: El BESS puede utilizarse para almacenar energía generada por fuentes renovables, para utilizarla posteriormente cuando sea necesario, ayudando así a mitigar la intermitencia de la generación de energía renovable y aumentando la fiabilidad del suministro eléctrico.
- Regulación de frecuencia: El BESS se puede utilizar para regular la frecuencia de la red eléctrica, manteniéndola estable y reduciendo la necesidad de ajustes manuales.
- Reducción de picos de demanda: El BESS puede utilizarse para reducir los picos de demanda de energía, lo que ayuda a reducir el costo de la energía y reduce la necesidad de construir infraestructuras adicionales para satisfacer la demanda máxima.
- Almacenamiento de energía de respaldo: El BESS se puede utilizar como sistema de respaldo de energía para proporcionarla en caso de cortes o fallas en la red eléctrica.
- Aplicaciones en vehículos eléctricos: Se puede utilizar en vehículos eléctricos para proporcionar almacenamiento de energía adicional y aumentar la autonomía del vehículo.
- Mejora de la calidad de la energía: El BESS se puede utilizar para mejorar la calidad de la energía, proporcionando energía limpia y estable a los usuarios de la red eléctrica.
Los sistemas de almacenamiento BESS se pueden encontrar en:
- Instalaciones industriales y de fabricación.
- Negocios.
- Hogares.
- Vehículos eléctricos.
- Sistemas marinos.
En KINENERGY contamos con gran expertise en temas eléctricos, ¡escríbenos y cuéntanos tus necesidades!
Alfredo Carpio
Especialista Eléctrico
Alfredo cuenta con más de 3 años de experiencia en diseño y supervisión de proyectos de instalaciones eléctricas de baja y media tensión implementados en México. Alfredo es egresado de Ingeniería Eléctrica en la ESIME unidad Zacatenco del Instituto Politécnico Nacional.
Fuentes:
- DigiKey: https://www.digikey.es/es/articles/bess-a-solution-to-manage-energy-proactively
- Energy Storage Association (ESA): https://energystorage.org/
- US Department of Energy (DOE): https://www.energy.gov/eere/electricity/energy-storage
- Smart Electric Power Alliance (SEPA): https://sepapower.org/
- Navigant Research: https://www.navigantresearch.com/
- Integra sources: https://www.integrasources.com/
