Un nuevo dispositivo electrónico creado en España permite aprovechar el exceso de energía generada por los paneles- Parte II

pv magazine publicó ayer información sobre el proyecto europeo de investigación RESOLVD, (Renewable penetration levered by Efficient Low Voltage Distribution grids), cuyo objetivo es contribuir a establecer la próxima generación de tecnologías y servicios competitivos para las redes inteligentes, o “los retos de la red de distribución para crear una Smartgrid de baja tensión confiabley potente a medida que se vayan integrando más instalaciones de autoconsumo y cargadores de vehículo eléctrico”, explica Luisa Candido, coordinadora del proyecto de innovación. El proyecto cuenta con dos tipos de baterías, unas de ion litio y otras de plomo, ambas gestionadas por el PED. “El reto principal es cómo cambiar de una red tradicional a una red más potente. El piloto cuenta con conmutadores de baja tensión, que funcionan como un cambio de agujas del ferrocarril para ‘mover’ la electricidad según las necesidades de los consumidores”, añade Ramón Gallart Fernández, Head of Innovation.

En esta segunda parte, explicamos el sistema híbrido de almacenamiento y ampliamos detalles del proyecto piloto.

Obtener lo mejor de los tipos de baterías complementarias – Algoritmo de reparto de energía

Uno de los principales conceptos en los que se basa el proyecto RESOLVD de la UE H2020 es la hibridación de los sistemas de almacenamiento de energía como forma de maximizar el rendimiento técnico y económico de los almacenamientos y, al mismo tiempo, proporcionar varios servicios al usuario final.

En RESOLVD, el concepto de hibridación se aborda mediante el desarrollo de un armario modular de electrónica de potencia (Power Electronics Device, PED) que integra una agrupación heterogénea de baterías. En concreto, integra un paquete de iones de litio de 30 kWh (tipo LFP) y un paquete de plomo-ácido de 14 kWh.

El PED, con una potencia de 75 kVA, proporciona servicios relacionados con la mejora de la calidad de la energía y la capacidad de integración de las energías renovables en un sistema rural de baja tensión.

En la operación real, el usuario final, “en nuestro caso el DSO, enviará recurrentemente a la PED una programación de la operación para las próximas 24 horas, en función de los servicios que tiene que prestar. Esta programación es recibida por el gestor local del PED (llamado Intelligent Local Energy Manager, ILEM), y más concretamente por uno de sus módulos, que se llama Power Sharing Algorithm, PSA”, se lee en el estudio.

El PSA se basa en la programación no lineal para resolver el problema de optimización que, basándose en el estado, el rendimiento técnico y los mecanismos de degradación de cada tipo de batería, distribuye la demanda de energía entre los diferentes tipos de batería integrados en el PED. “En definitiva, permite operar cada uno de los tipos de baterías de forma sinérgica, hacia un coste global mínimo (máxima vida útil de las baterías y eficiencia energética)”, explican los investigadores.

¿Cuáles son las necesidades específicas de los gestores de redes de distribución (DSO) que se abordan en el proyecto y cómo se relacionan con el sistema híbrido de almacenamiento de energía?

Hay servicios relacionados con la mejora de la calidad de la energía (por ejemplo, la reducción de los desequilibrios de fase y los armónicos de corriente, la suavización de las fluctuaciones rápidas de los flujos de energía; también la compensación de las corrientes reactivas). Para estos servicios, se necesita poco o ningún intercambio de potencia activa con la red desde una batería.

La carga está en las potencias de los módulos electrónicos de potencia asociados a las baterías; en el caso de las baterías, se trata de proporcionar una respuesta a corto plazo y una alta ciclabilidad. Para estos servicios, se puede aprovechar el rendimiento de las baterías de iones de litio. Por otro lado, otros servicios como el equilibrio o el desplazamiento temporal de la generación renovable en función de las limitaciones técnicas de la red (por ejemplo, la congestión), las premisas del mercado (por ejemplo, el precio de la electricidad) y los hábitos de los consumidores (por ejemplo, los perfiles de consumo) requieren intercambiar sin problemas la energía almacenada en las baterías cada hora. Para estos servicios, la carga de las baterías de iones de litio puede reducirse aprovechando también las baratas de plomo.

La tecnología del proyecto RESOLvD se está probando en la red de baja tensión de L’Esquirol. Esta red está compuesta por dos líneas trifásicas, que derivan de dos subestaciones secundarias diferentes, SS-A y SS-B, y en cada una de ellas hay tanto puntos de suministro como instalaciones fotovoltaicas. Los dos transformadores trifásicos de las subestaciones secundarias son de distinto tipo: uno está conectado en triángulo y el otro en estrella. Por este motivo, y para acoplar su funcionamiento en configuración de anillo, fue necesario sustituir uno de ellos. Los transformadores de MT/BT están sobredimensionados con respecto a la carga de la zona. Esto se debe a que, hace algunos años, las dos subestaciones debían abastecer también a dos fábricas electrointensivas que han cerrado.

Esta zona piloto ha sufrido algunos otros cambios para probar ciertos escenarios y casos de uso específicos.

En primer lugar, las dos líneas radiales se conectaron mediante un cable de enlace que permite crear una forma de anillo. Para controlar y reconfigurar a distancia los bordes móviles de la red, se sustituyeron tres fusibles por conmutadores motorizados.

Para analizar la energía intercambiada entre las baterías y la red, y para evaluar el rendimiento y la eficiencia de la tecnología, se instalaron contadores inteligentes al principio de los dos alimentadores y el PED en el punto de acoplamiento común.

El PED y las baterías, junto con los equipos de medición, son el hardware principal del proyecto. Los primeros fueron desarrollados y proporcionados por la UPC e instalados en el SS-B.

El PED, las baterías de iones de litio y de plomo están instalados en la segunda planta. La RTU y los dispositivos GW se encuentran en la planta baja, de modo que se establece una planta específica para los activos DSO y también es más fácil para el usuario controlar todo el sistema. Para sostener y distribuir su peso sobre el suelo, se construyó un soporte metálico situado bajo el sistema de almacenamiento de energía. Las baterías y el BMS están conectados eléctricamente al PED mediante un cable y el enlace desde el equipo de conmutación de BT y el alimentador-2 pasa por el suelo.

Los componentes piloto encargados de la medición proporcionados por ComSensus son las unidades de medición de fase (PMU) y los medidores de calidad de la energía (PQM) que se instalan tanto en el lado de baja tensión como en el de media tensión. Estos analizan la forma de onda de la energía y, por lo tanto, necesitan entradas de medición de tensión y corriente conectadas. Los rangos de tensión y corriente permitidos por estos dispositivos necesitan la instalación de transformadores de tensión, corriente y sensores Rowosky.

Con todas estas tecnologías, el objetivo principal es evaluar el impacto del proyecto en la red de distribución, principalmente a nivel de los alimentadores de BT (400 V). Para ello, se realizan una serie de pruebas en la zona relativas a la eficiencia, la planificación y la calidad del servicio. Para probar la eficiencia de la tecnología en el piloto, se estudiará la mejora del perfil energético en el SS y la reducción de las pérdidas de potencia debido a una mejor calidad de la forma de onda. Utilizando el equipo de medición tanto antes como después del PED, se podrá cuantificar la mejora en la gestión de la energía.

En cuanto a la calidad del servicio, en la zona piloto se estudia la mejora de los perfiles de tensión, la prevención de eventos críticos y el funcionamiento en modo isla. Para ello, el PED y las baterías instaladas en el SS serán cruciales para suavizar las variaciones de tensión intercambiando energía con la red, aumentando o disminuyendo la tensión para compensar la variación de consumo o generación. El equipo de medición se utilizará de nuevo para analizar el impacto de estas acciones.