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Convertir la energía renovable en un suministro eléctrico fiable con BESS
A medida que el mundo evoluciona hacia sistemas energéticos más limpios y duraderos, la infraestructura de energía renovable continúa expandiéndose rápidamente. La energía eólica, solar y otras fuentes de energía renovable desempeñan un papel fundamental en la reducción de la dependencia de los combustibles fósiles, aunque su producción es, por naturaleza, variable e intermitente. Cuando el viento no sopla o los niveles de luz solar son bajos, las energías renovables no pueden suministrar energía a la red de forma constante.
La solución radica en almacenar el excedente de energía generado durante los períodos de máxima producción renovable —por ejemplo, en tardes soleadas— y liberarlo cuando la generación disminuye, como durante la noche o en días de baja actividad eólica. Aquí es donde los Sistemas de Almacenamiento de Energía en Baterías (BESS) se vuelven esenciales.
¿Qué es un BESS?
Un BESS recoge energía procedente de fuentes renovables como la eólica y la solar, y/o de la red eléctrica, y la almacena mediante tecnología de baterías recargables. Posteriormente, la energía almacenada puede liberarse durante los periodos de mayor demanda.
Normalmente, para los BESS se emplea tecnología de iones de litio. Sin embargo, la tecnología de almacenamiento a escala de infraestructura energética es considerablemente más avanzada que las baterías que se encuentran en otras aplicaciones, como los vehículos eléctricos.
Los sistemas de gran escala para las infraestructuras energéticas habitualmente conectados a la red eléctrica "Front of Meter (FoM)", permiten a los operadores de la red:
- Gestionar la liberación de energía durante picos de demanda o cortes de suministro.
- Proporcionar servicios de red, tales como equilibrado, control de frecuencia y de tensión.
- Optimizar el uso de energía renovable y garantizar un suministro eléctrico estable.
Componentes principales de un BESS
Un BESS consta de baterías conectadas en serie o en paralelo para alcanzar el voltaje y la capacidad operativos necesarios. Los subsistemas garantizan un funcionamiento seguro y eficiente:
- Sistema de gestión de baterías (BMS): Supervisa y optimiza el rendimiento de las baterías, el equilibrado de las celdas y la seguridad.
- Inversores / sistema de conversión de potencia (PCS): Transforma el voltaje de las baterías de CC en CA para su integración en la red y viceversa.
- Sistemas de gestión térmica: Mantienen temperaturas de funcionamiento seguras y estables a nivel de celda y módulo.
- Sistema de gestión energética (EMS): Gestiona los ciclos de carga, el flujo eléctrico de la red y el arbitraje energético.
Requisitos del sistema de control del BESS
Los emplazamientos de sistemas BESS con gran capacidad de potencia dependen cada vez más de tecnologías industriales consolidadas para el control de procesos industriales y de seguridad, integradas en sistemas globales IoT más amplios. Esto proporciona un control más fiable y una mejor disponibilidad de datos en comparación con las soluciones basadas en microcontroladores, habitualmente utilizados en BESS de menor tamaño.
A nivel de red, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías requieren una infraestructura robusta de Control e Instrumentación (C&I) para garantizar un funcionamiento seguro, fiable y eficiente.
Acondicionamiento de señal para un funcionamiento seguro y fiable del BESS
PR electronics cuenta desde hace muchos años con la confianza de clientes del sector de las energías renovables y del sector energético en general. Nuestros productos de acondicionamiento de señal han demostrado proveer un nivel de integridad y seguridad de señal superior en los BESS y otras aplicaciones energéticas.
Nuestros dispositivos admiten funciones clave de los BESS, entre las que se incluyen:
- Monitorización del estado de carga (SoC).
- Monitorización del estado de salud (SoH).
- Equilibrado de celdas.
- Gestión térmica.
- Control y monitorización del sistema de conversión de potencia (PCS).
- Integración de EMS y SCADA.
Las siguientes secciones describen en detalle cada función.
Monitorización del estado de carga (SoC)
Determinar con precisión el estado de carga es fundamental tanto para mantener el buen funcionamiento de la batería como para conocer la capacidad exacta de exportación.
- PR 4184: Con un tiempo de respuesta de menos de 20 ms y soporte para señales de entrada de hasta 300 VCC o 100 mA, es la solución ideal para medir el SoC de la batería.
Monitorización del estado de salud (SoH)
El estado de salud de una batería es un factor importante a la hora de determinar las estrategias de sustitución. Comprender el rendimiento y la degradación a lo largo del tiempo es complejo y requiere técnicas como las pruebas de capacidad y resistencia.
- PR 4114: Con opciones de entrada universales, es adecuado para gestionar las diversas señales necesarias para evaluar el SoH.
Equilibrado de celdas
Para maximizar el rendimiento de la batería y aprovechar su máximo potencial, las celdas individuales deben mantenerse equilibradas al mismo nivel de carga. Si una celda tiene un SoC más bajo, se agotará antes que las demás y detendrá la transferencia de energía, aunque las otras celdas aún conserven carga. Esto mismo ocurre durante la carga.
- El equilibrado pasivo disipa el exceso de energía de las celdas de alto voltaje en forma de calor mediante resistencias.
- El equilibrado activo transfiere energía de las celdas de alto voltaje a las celdas de bajo voltaje.
Ambos métodos se basan en la electrónica y en los algoritmos para lograr un equilibrado constante.
- PR 4184 y PR 4104: Proporcionan una respuesta rápida en la medición de voltaje y corriente durante el equilibrado.
- PR 5437: Transmisor de temperatura con entrada doble para medir las diferencias de temperatura de las celdas y mantener la seguridad.
Gestión térmica
El control estricto de la temperatura a nivel de celdas y módulos es una medida fundamental de seguridad. Un control estable de la temperatura, tanto de las condiciones ambientales como operativas, garantiza el funcionamiento eficiente de la batería y la seguridad funcional para mitigar el riesgo de sobrecalentamiento o incendio.
PR electronics ofrece soluciones tanto para aplicaciones estándar como para aplicaciones con certificación SIL:
- PR 5437 transmisor de montaje en cabeza certificado SIL, y PR 6437 transmisor para carril DIN.
- PR 4116 transmisor universal con entrada de temperatura y dos salidas a relé.
- PR 9116 amplificador con salida de relé certificado SIL2 para alarmas de sobrecalentamiento.
Controlador del sistema de conversión de potencia (PCS)
El PCS gestiona los inversores y los convertidores que conectan las baterías de corriente continua (CC) con la red de corriente alterna (CA) y viceversa.
- PR 4179: Transmisor universal CA / CC que se conecta con señales de voltaje o corriente CA para monitorizar inversores y señales relevantes del PCS.
Integración de EMS y SCADA
La integración con sistemas de gestión energética de nivel superior y SCADA es esencial para la operación fiable de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS).
- Los dispositivos de acondicionamiento de señales de PR electronics son compatibles con las señales analógicas y digitales, incluida la comunicación MODBUS RTU, lo que los convierte en la opción ideal para la conectividad EMS y SCADA.
Aplicaciones adicionales
Los dispositivos de PR electronics también pueden utilizarse para:
- Monitorización ambiental como temperatura, humedad y detección de gases.
- Detección y supresión de Incendios mediante integración de alarmas y enclavamientos.
- Sistemas de protección y seguridad con interfaces certificadas según IEC61508 para sistemas instrumentados de seguridad hasta SIL3.
Conclusión
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías son esenciales para convertir la energía renovable en energía fiable y continua. Gracias a su tecnología de acondicionamiento de señales probada, PR electronics contribuye a garantizar el funcionamiento seguro, eficiente y estable de los sistemas BESS en todo el mundo.
