almacenamiento con baterías para el mercado electrico chileno
TRANSCRIPT
—
GUILLERMO VASQUEZ TORRES
Almacenamiento con baterías para el Mercadoelectrico Chileno.
XI Jornadas Técnicas ABB en Chile
—XI Jornadas Técnicas ABB en ChileAgenda
• ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELECTRICA
• TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO Y APLICACION
• CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SITEMAS DE ALMACENAMIENTO CON BATERIAS
• APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO CON BATERIAS
• ABB INTEGRANDO LA CADENA DE VALOR DEL ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
• REGULACIÓN ELECTRICA EN CHILE Y ALMACENAMIENTO
• EJEMPLO DE APLICACIÓN DE ALMACENAMIENTO BAJO REGIMEN DE SSCC
—ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELECTRICA
8/7/2019 4
¿Por que Almacenar Energía?
Sistemas eléctricos no tienen capacidad de inventario
¿Como podemos manejar inventario?
GasCarbónDiesel
Agua
Combustibles que se busca mundialmente dejar de utilizar
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELECTRICA
Mercado eléctrico basado en proveer energía
August 7, 2019 Slide 5
Principales motivaciones para potenciar el almacenamientoConsumo eléctrico en crecimiento.
• Electrificación de casi todo moviéndose hacia la dependencia de laelectricidad como la principal fuente de energía.
• Población y economías crecerán, liderando el incremento de la demandapor energía eléctrica.
Termoeléctricas en retirada.
• Reducción de capacidad de potencia firme.
• Limitación de recursos para proveer servicios complementarios parala correcta operación de la red eléctrica.
Desarrollo de energía variable (renovables)
• Gobiernos e industria moviéndose hacia generación deenergía en base al sol y el viento.
Electrificación del transporte.
• Mayor uso de los vehículos eléctricos puede incrementarla carga en horarios punta, generando mayoresrestricciones a la red eléctrica.
• Construcción de trenes.
Proliferación de tecnología para crear redes eléctricas inteligentes (Smart Grids)
• Flujos bi-direccionales de potencia requieren coordinación adicional entrefuentes de energía y demanda.
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELECTRICA
Segmentos donde se aplica el almacenamiento, detrás y enfrente del medidor.
August 7, 2019 Slide 6
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELECTRICA
—TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO Y APLICACION
Las tecnologías de las baterías influyen en la capacidady el tiempo de vida óptimos de las baterías.
Los medios de almacenamiento y las lógicas de control definen el mejor BESS para la aplicacióndada
TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO Y APLICACION
August 7, 2019 Slide 8
100 kW 1 MW 10 MW 100 MW
10
100
Tiem
pode
des
carg
a[m
in]
Requerimientos de potencia [MW]
30
300
Sistemas dealmacenamiento
hidraulico porBombeo
Baterias Ion-Li
Baterias de flujo
Baterias de sulfuro de Sodio
Baterias de acido -plomo
Super-capacitor / Volantes de inercial
1000 MW
1000
10
100
30
300
Nivelación decurva de carga
(Utilización de lageneración)
Regulación de Frecuencia
Recorte depunta enclientesfinales
Integarción derenovables
Aplazamiento enel desarrollo de l
transmisión
Energía
Potencia
100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1000 MW
10 h
1 h
10 min
Requerimientos de potencia [MW]
1000
El sistema de control define la aplicación y funcionalidaddel sistema de almacenamiento de energía.
Tecnología Aplicación
Evolución de los costos del almacenamiento con baterías
August 7, 2019 Slide 9
Tecnologías de Almacenamiento
– Las baterías de ion-litio son la tecnología de almacenamiento dominanteen la actualidad (el 90% de los proyectos encargados en el primer semestrede 2019 utilizaron el litio) y se espera que sigan siéndolo durante lospróximos 10 a 15 años.
– Se espera que los precios de las baterías de ion-litio sigan bajandorápidamente debido a su mayor uso en vehículos eléctricos, así como a suuso continuo en bienes de consumo (computadoras portátiles, teléfonos,etc.)
– Las baterías de Ion - litio siguen siendo las más competitivas paraaplicaciones donde se requieren hasta ~ 5 horas de almacenamiento
– En 2011, las baterías de plomo-ácido representaron el 38% del mercado,ahora representan menos del 1% del mercado.
El rápido descenso de los precios de las baterías, combinado con la creciente necesidad de contrarrestar las fuentes de energíavariable, está impulsando el crecimiento del almacenamiento con baterías.
2015-2020Madurez de la
tecnología
2020-2025Mejoras
2025-2030Innovación
Technologica
2030202520202015
681
Precio promedio de las baterias bajando rapidamente (USD$/kWh)
122495
100 240
100
3034
155
100-140
Innovación tecnológica
Mejoras en el proceso de manufactura
Mejoras en Materiales y Componentes
TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO Y APLICACION
—CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SITEMAS DEALMACENAMIENTO CON BATERIAS
August 7, 2019 Slide 11
Sistema integrado
• Sistema de electronica de potencia – Conversor dePotencia (PCS), Bi direccional.
• Baterias.
• Sistema de control, Energy Management System (EMS) yBattery management System (BMS), manejado por PLC.
• HVAC
Optional items:
• Sistema de Extincion de incendios
• Conexion wifi-Router
Esquema y componentes
Network/ renewable plant control andoptimization
Control andprotection
Gridconnection
Inverter
AC FilterDCFilter
BMS BMS BMSEMS
BESS
CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SITEMAS DEALMACENAMIENTO CON BATERIAS
August 7, 2019 Slide 12
Caracteristicas Inversor; Rack de baterias:
Characteristics ValueCompnesación dePotencia Reactiva:
target cos Φ
Programable desde 0.6(inductivo) a 0.6
(capacitivo)Mitigacion de
armónicosSí
Rango de armónicosDesde el amronico 20
hasta 13o
Armonicosseleccionables
3-cables/4-cables: 5armonicos
Objectivos de filtraje dearmónicos
Programable para cadaarmónico en valor
absoluto de amperios.
Factor de atenuación dearmónicos
Mejor que el 97% a carganominal
Tiempo de respuesta P: 20 ms
Q: 20 ms
Armónicos: 2 ciclos de redtipicamente (10-90%
filtraje)
Balance de cargasEquilibrar las corrientesentre fases y / o entre
fases y neutro.
Inversor
Rack front viewSystem parameter Value Picture
Capacidad de energía porRack
68,5 kWh
Battery rack(68,5 kWh)
Maximo Voltaje del Rack(Vdc)
821
Mínimo Voltaje del Rack(Vdc)
635
Maximo C-rate 0,5 – 1 – 2 CP
Auto-descarga (% por año) <6% * based on cell
Temperatura de operación 23° C ± 5°C
Humedad ambientemáxima defuncionamiento
<80% with nonecondensation
Grado de protección delRack
IP20
Enfriamiento de rack Air-cooling front torear
Dimensiones del RackW x D x H: 438 x 691 x1791 mm (unpacked)
Peso / battery racks 562 kgPeso/ battery module 54 kg
Conexion de cables DC Arriba
Protección DCContactor yfusibles
Especificaciones del Rack
CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SITEMAS DEALMACENAMIENTO CON BATERIAS
—APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE ALMACENAMIENTOCON BATERIAS
Modos de control: Permiten la aplicación de los BESS en cada segmento del mercado
APLICACIONES DE LAS SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO
August 7, 2019 Slide 14
Energystoredin ESS
Charge Discharge
Absorb Power
Supply Power
t [hrs]
Load
Adecuación del SistemaRenewable Generated
Power Absorb Power
Charge t [sec>min]
PowerSupply Power
Discharge
Integración de generación renovable
Charge Discharge
Absorb power
Supply power
f [hz]
50.0250.0049.98
t [sec]
Energystoredin ESS
t [sec]
Servicios complementarios
Charge Discharge
Load
Energystoredin ESS
t [sec]
Scheduled powerconsumption
Actualpowerconsumption
Absorb power
Supply Power
Resilencia de Energía Calidad de Energía
Supply power
Electricity supply failure
t [ms]
Discharge
Energystoredin ESS
Power
Almacenamiento de energía
Energystoredin ESS
Short disruption Supply power
Discharge
t [sec>min]
Voltage
August 7, 2019 Slide 15
C-Rate 2C 1C 0.5C
Modo de Operación Control deFrecuencia
(rápido/primario),integración de
renovables(Smoothie)
Load Shifting +Energy Arbitrage
(detrás delmedidor)
Peak shaving(detrás delmedidor)
Potencia / Energía 2MW / 1MWh 1MW / 1MWh 0,5 MW / 1MWhMínimo Tiempo
Storage 30 minutos 1 hora 2 hora
Intensidad de Uso En eventos decontingencia de la
red (frecuenciamenor a 49,7 Hz).100 ciclos al año
1 Ciclo FullDescarga al dia,
365 Ciclos por año
Pocos ciclos carga/ descarga al día
(2)
EJEMPLOAPLICACIONES DE LAS SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO
—ABB INTEGRANDO LA CADENA DE VALOR DELALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
Automatización y software
Equipos convertidored de potencia
• Aplicaciones de almacenamiento de energía y calidadde energía.
• Convertidor IGBT de tres niveles en diseño modular.
Dando soporte a los clientes durante el proceso de inversión
• Consultoría dedicada para la participación temprana en losnegocios. Desarrollo que proporciona estudios de prefactibilidad
Referencias y huella.
• Globalmente 130+ Proyectos, 330+ MW
• Integración de plantas de energía renovable enredes de distribución.
• Bibliotecas de control para aplicacionescomplejas.
• Funciones de ABB ability
July 18, 2018 Slide 6
Dieselgenerators
Battery energystorage system
Microgrid plussystems
Wind Plants Solar Plants Consumers
MICROGRIDS & BATTERY ENERGY STORAGE
ABB Ability Ellipse Utility communicationon MPLS/TP andexisting SDH networkswith FOX615
SDM 600System Data
Manager
RenewablePlant
SCADA
MicroSCADAPro
SYS600C
MicroSCADA ProHistorian
RTU 560Remote
Terminal Units
TropOSWireless Communications
Cyber security on all borders, systems level and in theelectronic devices
• Conocimientos técnicos de aplicaciones de almacenamientode energía y redes.
FOX615Communications
Network ManagerNetwork Control Center
Relay room with process busbased protection
STATION BUS
PROCESS LEVEL &DISTRIBUTEDGENERATION
Des
deel
cam
po h
asta
las
sala
sde
con
trol
Potencia y Energía confiable donde y cuando se necesite
ABB INTEGRANDO LA CADENA DE VALOR DEL ALMACENAMIENTO DEENERGÍA
—REGULACIÓN ELECTRICA EN CHILE Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIA
Almacenamientode Energía(Baterías)
Modelos de negocios para almacenamiento de energía
Activos delsistema
Transmisión
Microredes/Sistemas industriales
Servicioscomplementarios
Complemento asistema degeneración
REGULACIÓN ELECTRICA EN CHILE Y ALMACENAMIENTO
August 7, 2019 Slide 20
• Instalaciones detrás del medidor, permite desarrollar proyectos sin informar al Coordinador. < 2MW,no requiere EIA.
Regulación actual:
• Subsistemas que requieren regulación de frecuencia EDAC.
• Liberar reserva rodante /giro. Unidades térmicas
• Recorte en horario punta.
• Calidad de Energía, cliente final. (Gran cliente).
REGULACIÓN ELECTRICA EN CHILE Y ALMACENAMIENTO
August 7, 2019 Slide 21
Regulación Futura (a partir de 2020): Modalidades de Pago
Subastas entiempo real
Licitaciones conhorizonte de (4-5)
años
• Participación de capacidad instalada existente. • Acceso a SSEE.• Asociatividad depequeños proyectos.
• Proveer más de un servicio a la Red Eléctrica.• Integración con modificación de DS62.
SSCC:A partir de informe de
SSCC cada 6 mesesdesde 2020
REGULACIÓN ELECTRICA EN CHILE Y ALMACENAMIENTO
August 7, 2019 Slide 22
CPFServicios debalance del
sistemaEnergy Storage
(Batteries)CRF
Servicios decontrol de Tensión
Control deTensión
PAServicios de
recuperación delsistema eléctrico
AR
PDCE
Energy Storage(Batteries)
Energy Storage(Batteries)
Servicios complementarios a la red (desde 2020)
CI
EDAC
REGULACIÓN ELECTRICA EN CHILE Y ALMACENAMIENTO
Ingresos
+ Partida en Negro
+ Regulación de frecuencia
+ Regulación de tensión
+ EDAC
+ Potencia de suficiencia
+ Cargas interrumpibles
Inversión
- BESS
- Servicios (Instalación y comisionamiento)
- Costo de operación y mantenimiento
August 7, 2019 Slide 23
BESS Chile – Modelo de Negocios de SSCCREGULACIÓN ELECTRICA EN CHILE Y ALMACENAMIENTO
—EJEMPLO DE APLICACIÓN DE ALMACENAMIENTO BAJOREGIMEN DE SSCC
ChancadorBomba Molino
Proyecto de Calidad de Energía con un cliente final. (Gran cliente).
Bombeo de agua Proceso Minero
SS/EE 1 SS/EE 2
EJEMPLO DE APLICACIÓN DE ALMACENAMIENTO BAJO REGIMEN DESSCC
Escalón 1° ; 1,0 MW Escalón 3°; 1,5MW
Almacenamientode Energía(Baterías)
ChancadorBomba Molino
SS/EE 1 SS/EE 2
Escalón 2°; 2MW
Almacenamientode Energía(Baterías)
EJEMPLO DE APLICACIÓN DE ALMACENAMIENTO BAJO REGIMEN DESSCC
SistemaEléctrico
Almacenamientode Energía(Baterías)
Almacenamientode Energía(Baterías)
No se desconecta la carga y se provee el servicio que serequiere por el periodo solicitado por el coordinador
Escalón 1° ; 1,0 MW Escalón 3°; 1,5MW
ChancadorBomba Molino
Escalón 2°; 2MW
EJEMPLO DE APLICACIÓN DE ALMACENAMIENTO BAJO REGIMEN DESSCC