Sistema de almacenamiento en baterías para la gestión de la generación de una planta fotovoltaica de conexión a red de 5 MW en el Estado de Nueva York

Abstract

[ES] En la lucha actual contra el cambio climático, y en la búsqueda de una industria energética responsable y sostenible, son claves las aportaciones de la energía fotovoltaica. A su vez, los sistemas de almacenamiento de energía basados en baterías, beneficiándose de los avances tecnológicos, y de la reducción de costes, suponen una realidad cada vez más habitual en la industria energética de hoy en día. La posibilidad de explotar el potencial de dicha combinación de factores, es por lo tanto, más que evidente. El presente trabajo parte de un parque fotovoltaico existente en el Estado de Nueva York, que, en el momento de la redacción, está en proceso de entrar en servicio. Se emplean una mezcla de datos reales obtenidos experimentalmente, y de modelos teóricos, comprobados y ajustados gracias a la experiencia obtenida durante la construcción y la puesta en marcha del proyecto. A partir de ello, se estudia la posible integración en el parque de un sistema de almacenamiento de energía, basado en el uso de baterías. Dicha integración pretende aprovecharse del sobredimensionamiento de la planta, hecho inevitable en el diseño de la misma, para aumentar la cantidad de energía que puede verterse a la red, encontrando así un uso para la sobreproducción de energía y eliminando la principal desventaja que suponen las pérdidas por ¿clipping¿. La inclusión de baterías pretende también abrir otras alternativas a la operación del parque fotovoltaico, como, por ejemplo, el desplazar la curva de producción de energía diaria, o asegurar que la venta de energía eléctrica se realice en los momentos de máximo beneficio económico. El proceso de diseño incluye una selección de las baterías, del equipo de media y baja tensión, así como un dimensionamiento del propio sistema de almacenamiento de energía. Junto a las alternativas técnicas y tecnológicas, se analiza así mismo la rentabilidad económica del proceso, obteniendo de esta manera una conclusión clara sobre la viabilidad de la inclusión de baterías en la operación del parque.

[CAT] A la lluita actual contra el canvi climàtic, i a la recerca d'una indústria energètica responsable i sostenible, són clau les aportacions de l'energia fotovoltaica. Alhora, els sistemes d'emmagatzematge d'energia basats en bateries, beneficiant-se dels avanços tecnològics i de la reducció de costos, suposen una realitat cada vegada més habitual a la indústria energètica d'avui en dia. La possibilitat d'explotar el potencial d'aquesta combinació de factors és, per tant, més que evident. Aquest treball parteix d'un parc fotovoltaic existent a l'Estat de Nova York, que en el moment de la redacció està en procés d'entrar en servei. S'utilitzen una barreja de dades obtingudes experimentalment, i de models teòrics, comprovats i ajustats gràcies a l'experiència obtinguda durant la construcció i la posada en marxa del projecte. A partir d’això, s’estudia la possible integració al parc d’un sistema d’emmagatzematge d’energia, basat en l’ús de bateries. Aquesta integració pretén aprofitar-se del sobredimensionament de la planta, fet inevitable en el disseny d’aquesta, per augmentar la quantitat d'energia que es pot abocar a la xarxa, trobant així un ús per a la sobreproducció d'energia i eliminant el principal desavantatge que suposen les pèrdues per “clipping”. La inclusió de bateries pretén també obrir altres alternatives a l'operació del parc fotovoltaic, com ara desplaçar la corba de producció d'energia diària, o assegurar que la venda d'energia elèctrica es faça en els moments de màxim benefici econòmic. El procés de disseny inclou una selecció de les bateries, de l'equip de mitjana i baixa tensió, així com un dimensionament del sistema d'emmagatzematge d'energia propi. Al costat de les alternatives tècniques i tecnològiques, s'analitza així mateix la rendibilitat econòmica del procés, obtenint així una conclusió clara sobre la viabilitat de la inclusió de bateries en l'operació del parc.

[EN] Considering today¿s fight against climate change, and the searching of a responsible and renewable energy industry, PV energy systems are key. Moreover, battery energy storage systems, profiting from technological advances and cost reduction, are now gaining an ever-growing share in the current energy sector. The possibilities of exploiting the potential hidden in both technologies is therefore, obvious. This thesis starts from a photovoltaic site located in the State of New York, which, at the moment of writing, is in the process of commissioning. Using a mixture of real experimental data, and theoretical models, properly calibrated with the accumulated experience during the construction of this site. Based on this, a study of the possible integration of a battery energy storage system (BESS) into the site structure is to be performed. This ampliation is to take advantage of the oversizing of the plant, which is an unavoidable design feature, in order to increase the quantity of AC power that can be produced, and eliminate the limitation caused by the clipping losses. The BESS aims to open other alternatives in the operation of the site, such as shifting the daily energy generation, or ensuring the electrical energy sale is done in the time of highest retail cost. The design process includes a selection of battery models, medium voltage and low voltage equipment, together with the sizing of the BESS. Together with the technical and technological alternatives, the economic profitability of the process will be analysed, obtaining a clear conclusion on the feasibility of the project.