Las redes eléctricas y las instalaciones comerciales modernas enfrentan desafíos crecientes con la estabilidad energética, el aumento de los costos de la energía y la integración de energías renovables. Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) aborda estos desafíos almacenando electricidad verde o de bajo costo y descargándola durante los picos de demanda. Comprender los diferentes tipos de sistemas de almacenamiento de energía en baterías ayuda a los administradores de energía y a los desarrolladores de proyectos a elegir la tecnología adecuada para sus necesidades operativas.

Conclusiones clave

• Principales tecnologías BESS: Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías incluyen baterías de iones de litio, plomo-ácido, de flujo, de iones de sodio y de sodio-azufre, cada una con distintas ventajas, limitaciones y aplicaciones.
• Diferentes configuraciones del sistema: BESS también se puede clasificar como gabinetes C&I ESS, BESS en contenedores, ESS residencial y ESS móvil según su diseño físico, capacidad y necesidades de implementación.
• Factores clave de selección: Elegir el BESS adecuado requiere evaluar la capacidad energética, la potencia nominal, la duración de la descarga, el ciclo de vida, la eficiencia, la seguridad y los costos del ciclo de vida para cumplir con los requisitos específicos del proyecto.

¿Qué es un sistema de almacenamiento de energía en batería (BESS)?

A sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) es una tecnología que almacena energía eléctrica en baterías recargables y la libera cuando es necesario. Permite almacenar la electricidad generada a partir de paneles solares, turbinas eólicas o la red para su uso posterior.

Por ejemplo, una instalación comercial puede cargar su sistema BESS durante períodos de baja demanda de electricidad y descargarlo durante las horas pico para ayudar a reducir los costos de energía.

Un BESS típico incluye varios componentes interconectados:

• Sistema de gestión de batería (BMS): Supervisa el voltaje, la temperatura, la corriente y las condiciones de funcionamiento de la batería.
• Sistema de conversión de energía (PCS): Permite la conversión de energía bidireccional entre el sistema de CC de la batería y la red o carga de CA, mientras controla la carga y descarga de energía de acuerdo con los requisitos del sistema.
• Sistema de Gestión de Energía (EMS): Coordina la carga, descarga y despacho de energía según los requerimientos operativos.
• Sistema de gestión térmica: Controla la temperatura de la batería mediante refrigeración por aire o refrigeración líquida.

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se pueden clasificar de dos formas principales: por la química de la batería y por la configuración del sistema. Las categorías basadas en química incluyen baterías de iones de litio, plomo-ácido, de flujo, de iones de sodio y de sodio-azufre, cada una con características operativas distintas.

Las categorías basadas en configuración, como gabinetes C&I ESS, BESS en contenedores, ESS residencial y ESS móvil, describen cómo se empaqueta, implementa y utiliza el sistema. Estos dos métodos de clasificación son complementarios más que intercambiables.

¿Cuáles son los principales tipos de sistemas de almacenamiento de energía en baterías?

Los principales tipos de sistemas de almacenamiento de energía en baterías incluyen baterías de iones de litio, de plomo-ácido, de flujo y de sodio. Cada tecnología ofrece características diferentes que influyen en su idoneidad para proyectos comerciales, industriales y de escala de servicios públicos.

1. Sistemas de almacenamiento de energía con baterías de iones de litio

Las baterías de iones de litio se utilizan ampliamente en el almacenamiento de energía estacionario, con LFP (fosfato de hierro y litio) y NMC (níquel manganeso cobalto) entre las químicas comúnmente discutidas.

La química de LFP ofrece buena estabilidad térmica, una composición de cátodo sin cobalto y un ciclo de vida prolongado. Estas características hacen de LFP una opción popular para edificios comerciales, fábricas y proyectos de almacenamiento de energía solar.

Las baterías NMC generalmente ofrecen una mayor densidad de energía gravimétrica que las baterías LFP, lo que las hace ampliamente utilizadas en aplicaciones donde el peso y el espacio son consideraciones importantes, como los vehículos eléctricos. Las baterías LFP suelen proporcionar una mejor estabilidad térmica y pueden ofrecer un ciclo de vida más largo en condiciones operativas comparables.

2. Sistemas de almacenamiento de energía con baterías de plomo-ácido

Los sistemas de plomo-ácido representan una tecnología de baterías tradicional con décadas de uso en el campo. Su principal ventaja es un bajo costo de compra inicial.

Sin embargo, las baterías de plomo-ácido generalmente tienen una densidad de energía más baja y un ciclo de vida más corto que las baterías de iones de litio, particularmente bajo ciclos profundos frecuentes. Se utilizan comúnmente en sistemas UPS, energía de respaldo y aplicaciones de almacenamiento estacionarias seleccionadas, pero estas limitaciones pueden hacerlos menos adecuados para el almacenamiento diario intensivo de energía.

3. Sistemas de almacenamiento de energía de batería de flujo

Las baterías de flujo almacenan energía en electrolitos líquidos contenidos en tanques externos, que circulan a través de una pila de celdas que contiene una membrana. En las baterías de flujo, la capacidad de energía está determinada principalmente por el tamaño y la configuración de la pila de celdas, mientras que la capacidad de energía depende principalmente del volumen y la concentración del electrolito.

Esta separación hace que las baterías de flujo sean adecuadas para el almacenamiento de energía de larga duración, con una duración de descarga determinada por la capacidad energética y la potencia nominal del sistema.

Sin embargo, la compleja infraestructura de bombeo, las necesidades de mantenimiento regular y el gran espacio de instalación limitan su adopción en sitios industriales con limitaciones de espacio.

4. Sistemas de almacenamiento de energía en baterías a base de sodio

Las baterías de iones de sodio y de sodio-azufre utilizan materiales a base de sodio pero funcionan de manera diferente. Las baterías de iones de sodio almacenan energía mediante el movimiento de iones de sodio entre electrodos, mientras que las baterías de sodio-azufre convencionales utilizan sodio y azufre como materiales activos y funcionan a temperaturas elevadas. Sus condiciones de funcionamiento y aplicaciones difieren según la tecnología.

¿Cuáles son las diferentes configuraciones de BESS para proyectos de almacenamiento de energía?

Más allá de la química de las baterías, las instalaciones BESS se clasifican por diseño físico y escala de implementación. La arquitectura central del sistema determina la facilidad con la que se pueden instalar, mantener y ampliar los equipos a lo largo del tiempo.

1. Gabinetes ESS comerciales e industriales

Gabinetes ESS comerciales e industriales (C&I) Combina módulos de batería y equipos de soporte dentro de un gabinete relativamente compacto.

Dependiendo de su diseño, estos gabinetes pueden integrar los componentes PCS, BMS, EMS, equipos de refrigeración y protección contra incendios.

Las aplicaciones comunes incluyen:

• Reducción de picos y gestión de la demanda eléctrica.
• Almacenamiento de energía solar fotovoltaica.
• Gestión de carga de carga de vehículos eléctricos.
• Energía de respaldo para instalaciones comerciales e industriales.

Su construcción integrada los hace prácticos para fábricas, edificios comerciales y otros sitios con espacio de instalación limitado.

2. BESS en contenedores

Las soluciones BESS en contenedores empaquetan sistemas de baterías de alta capacidad dentro de estructuras de contenedores transportables.

Estos sistemas se implementan comúnmente en proyectos de energía renovable a escala de servicios públicos, parques industriales y aplicaciones de soporte de red que requieren almacenamiento a nivel de megavatios-hora.

Su arquitectura modular permite a los desarrolladores combinar múltiples unidades para cumplir con los requisitos de proyectos más grandes, sujeto al diseño eléctrico y las limitaciones del sitio.

3. BESS residencial y móvil

BESS residencial Las configuraciones son generalmente sistemas más pequeños diseñados para almacenamiento solar doméstico, autoconsumo de electricidad y energía de respaldo.

Las soluciones móviles BESS priorizan la transportabilidad y pueden servir en sitios de construcción temporales, eventos o ubicaciones que requieren un despliegue de energía flexible.

Cómo elegir el sistema de almacenamiento de energía en batería adecuado para su proyecto

Seleccionar un BESS adecuado requiere evaluar el rendimiento técnico junto con los requisitos operativos y los costos a largo plazo.

1. Determinar la capacidad energética y la potencia nominal

La capacidad energética, medida en kWh o MWh, indica cuánta energía puede almacenar una batería. La potencia nominal, medida en kW o MW, describe la rapidez con la que el sistema puede entregar o absorber energía.

Por ejemplo, un BESS de 2 MW/4 MWh tiene una duración de descarga nominal de aproximadamente dos horas a potencia nominal. La duración útil real depende de los límites de descarga, las pérdidas de conversión, las condiciones de operación y el diseño del sistema.

2. Evaluar el rendimiento de la batería

El rendimiento de la batería afecta el funcionamiento a largo plazo y la economía del proyecto.

Los indicadores importantes incluyen:

• Vida en el ciclo: El número de ciclos de carga-descarga que se pueden lograr en condiciones de prueba específicas.
• Profundidad de descarga (DoD): El porcentaje de capacidad de la batería utilizada durante la descarga.
• Eficiencia de ida y vuelta: La proporción de energía de entrada recuperada después del almacenamiento.
• Degradación: La reducción gradual de la capacidad utilizable a lo largo del tiempo.

Los proyectos que requieren ciclos diarios deben prestar especial atención a la degradación esperada y a las condiciones de garantía.

3. Evaluar la seguridad y la gestión térmica

La seguridad de BESS depende de la química de la batería, la protección eléctrica, la gestión térmica y la ingeniería a nivel de sistema. Evaluar el monitoreo de temperatura, la detección y extinción de incendios, las funciones de apagado de emergencia y los estándares de seguridad aplicables.

Para los sistemas exteriores, las clasificaciones de protección ambiental y los límites de temperatura de funcionamiento también son importantes. La refrigeración líquida puede respaldar el control de la temperatura en conjuntos de baterías grandes, pero su eficacia depende del diseño del sistema.

4. Compare los costos totales del ciclo de vida

El precio de compra inicial proporciona sólo una parte del panorama financiero.

Los desarrolladores de proyectos también deben considerar la instalación, el consumo de electricidad auxiliar, el mantenimiento, el reemplazo de la batería y la vida útil esperada.

La evaluación del costo nivelado del almacenamiento puede ayudar a comparar tecnologías con diferentes características operativas y de inversión.

5. Haga coincidir el sistema con su aplicación

La aplicación prevista debe guiar tanto la química como la selección de la configuración. Los proyectos de C&I pueden priorizar la gestión de la demanda y la instalación compacta. Los proyectos a escala de servicios públicos a menudo requieren mayores capacidades, capacidades de integración de redes y planificación de expansión.

Soluciones de almacenamiento de energía en baterías LFP de Wenergy

Metídrica proporciona soluciones de almacenamiento de energía en baterías basadas en LFP para aplicaciones comerciales, industriales y de escala de servicios públicos. Su cartera de productos incluye gabinetes ESS integrados y sistemas en contenedores diseñados para diferentes capacidades de proyectos y requisitos operativos.

Dos soluciones representativas son el contenedor Stars CL289Pro y Turtle Series 5MWh BESS.

1. Stars CL289Pro: Almacenamiento de energía C&I integrado

Su construcción todo en uno integra seis paquetes de baterías, un PCS, refrigeración líquida, protección contra incendios y un EMS integrado.

Las ventajas clave incluyen:

• Integración compacta:Las dimensiones del gabinete de aproximadamente 1588 × 1380 × 2450 mm admiten la instalación en proyectos comerciales e industriales que ocupan poco espacio.
• Gestión térmica y de seguridad:Refrigeración líquida, protección de seguridad multicapa y sistema de extinción de incendios en aerosol.
• Ciclismo de larga duración:Una vida útil especificada de al menos 8000 ciclos y una eficiencia máxima del sistema superior al 89 %, según las especificaciones del producto de Wenergy.

El gabinete está diseñado para temperaturas de funcionamiento de -30 °C a 55 °C, y se requiere una reducción de potencia por encima de 45 °C.

Estas características lo hacen adecuado para aplicaciones como reducción de picos comerciales, almacenamiento solar y gestión de energía de carga de vehículos eléctricos.

Estrellas CL289Pro

2. Serie Turtle: Almacenamiento en contenedores para proyectos más grandes

Su arquitectura de contenedor de 20 pies incorpora seis grupos de baterías, cada uno con ocho módulos de batería, junto con equipos de gestión de baterías, refrigeración líquida y protección contra incendios.

Las ventajas clave incluyen:

• Integración de alta capacidad:Almacenamiento de energía a escala de MWh dentro de una estructura de contenedor transportable.
• Ampliación modular:La arquitectura del grupo de baterías admite configuraciones más grandes a nivel de proyecto.
• Monitoreo operativo:Los protocolos de comunicación y gestión inteligente de la batería admiten la integración con sistemas de control externos.
• Protección del medio ambiente:Refrigeración líquida y protección IP55 para áreas de gabinete específicas, con excepciones definidas.

El sistema tiene un rango de temperatura de funcionamiento específico de -30 °C a 50 °C (con el límite inferior excluido), y se requiere una reducción de potencia por encima de 45 °C.

Está diseñado para grandes instalaciones de energía renovable, soporte de redes a gran escala, gestión de energía industrial y aplicaciones de microrredes.

Serie Tortuga 5MWh

Ambas soluciones de Wenergy utilizan tecnología LFP, pero sus diferentes capacidades y configuraciones abordan distintos requisitos del proyecto.

Conclusión

Los diferentes tipos de sistemas de almacenamiento de energía en baterías ofrecen distintas ventajas en rendimiento, costo y aplicaciones. Elegir la solución adecuada requiere evaluar la química de la batería, la configuración del sistema, la seguridad y los requisitos del proyecto.

Contacto Wenergy equipos para encontrar opciones adecuadas para proyectos comerciales, industriales y de escala de servicios públicos.