Desde fuera, un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS)-a gran escala parece casi aburrido: hileras de contenedores, una plataforma de transformadores y un patio vallado. Sin embargo, si ese astillero gana dinero durante los próximos quince años o se convierte en un pasivo-de lento movimiento, generalmente se decide mucho antes de que cualquier contenedor llegue al sitio - en las decisiones de tamaño, la aplicación de interconexión y la letra pequeña de una garantía.
La mayoría de las introducciones al almacenamiento a escala-de servicios públicos se limitan a enumerar los componentes. Eso está bien en una primera lectura, y no es de mucha ayuda cuando estás mirando un estudio de viabilidad tratando de decidir entre un sistema de dos-horas y uno de cuatro-horas, o preguntándote por qué una aplicación de interconexión ha estado en cola durante dos años. Esta guía está escrita para esa segunda situación: qué es realmente BESS a gran-escala, cómo el tamaño y la duración remodelan el caso de negocio, qué implica realmente la conexión a la red, adónde va y de dónde regresa el dinero, y los errores que aparecen una y otra vez en proyectos de bajo rendimiento.
¿Qué es realmente un BESS{0}}a gran escala?
Un BESS a gran-escala es un sistema de almacenamiento de batería construido en la red oescala de servicios públicos- normalmente clasificado en megavatios (MW) de potencia y megavatios-horas (MWh) de energía - y conectado en el lado de la red, o junto a un gran generador o carga industrial, en lugar de estar detrás del medidor de un solo edificio.
Lo que lo diferencia de un sistema comercial más pequeño no es sólo el tamaño. Un BESS a gran-escala se trata como un activo de red despachable: algo que se espera que responda a señales de precios, instrucciones del operador de red-o un perfil de generación, y que siga funcionando según un estándar contratado durante una década o más.
Los puntos de conexión típicos incluyen:
- Una subestación de transmisión o distribución, como activo de almacenamiento independiente.
- Un parque solar que comparte el mismo punto de interconexión en una configuración co-ubicada o acoplada a CC-
- Un parque eólico que suaviza la producción y traslada la energía a horas de mayor-valor
- Un gran sitio industrial o parque energético, que gestiona los cargos por demanda y la confiabilidad.
Las aplicaciones se derivan del punto de conexión: arbitraje de energía, respuesta de frecuencia y otros servicios de estabilidad-de la red, suministro de capacidad, reafirmación de energías renovables, reducción de restricciones, alivio de la congestión y energía de respaldo para cargas críticas.
Dentro del sistema: componentes principales del almacenamiento a escala-de servicios públicos
La lógica de funcionamiento es sencilla de enunciar: el sistema carga cuando la electricidad es abundante o barata y descarga cuando es escasa o cara. Lo que hace que esto sea complicado a escala es que el sistema generalmente equilibra varias señales a la vez: - pronósticos de precios mayoristas, precios de mercado auxiliares,-instrucciones de despacho del operador de la red, obligaciones contractuales y su propio estado de carga y límites de degradación. Una batería que se descarga en el momento equivocado no sólo pierde una oportunidad de ingresos; es posible que no le quede suficiente energía para cumplir con una obligación de capacidad una hora más tarde.
Elocho componentes centralesque hacen esto posible no son opciones de diseño independientes - cada una limita a las demás:
| Componente | Función | Por qué es importante a escala |
|---|---|---|
| Módulos de batería y bastidores | Almacenar energía electroquímicamente. | La química celular y la calidad impulsan las tasas de degradación y los términos de garantía |
| Sistema de gestión de batería (BMS) | Supervisión, equilibrio y protección a nivel celular- | Primera línea de defensa contra eventos térmicos |
| Sistema de conversión de energía (PCS) | Convierte CC a CA y viceversa | Determina el cumplimiento del código-de grilla y la velocidad de respuesta. |
| Transformador y aparamenta | Incremento de voltaje-y aislamiento | Elementos con plazos de entrega-largos; a menudo el cuello de botella del horario |
| Sistema de Gestión de Energía (EMS) | Decide cuándo cargar y descargar | Determina directamente cuántos ingresos captura realmente el activo. |
| SCADA y comunicaciones | Monitoreo, telemetría, interfaz de operador | Requerido para la participación en el mercado y el cumplimiento de la red. |
| Gestión térmica | Refrigeración por aire o líquido | Afecta la eficiencia, la tasa de degradación y la carga auxiliar. |
| Detección y extinción de incendios. | Seguridad y cumplimiento | A menudo, es una puerta de permisos, no un complemento opcional- |
Una aplicación de alta tasa de C-restringe qué química y diseño de enfriamiento funcionarán. Los requisitos del código Grid-restringen el PCS. Los requisitos del código Fire-restringen el diseño del sitio, lo que a su vez restringe cuánta capacidad cabe realmente en el terreno disponible. Diseñe un componente de forma aislada y los demás tenderán a retroceder.
MW frente a MWh: por qué la duración decide casi todo
Este es el punto de confusión más común en las primeras-conversaciones sobre el tamaño del almacenamiento - y el que tiene mayores consecuencias financieras.
megavatioes potencia: cuánta electricidad puede entregar el sistema en un instante dado.MWhes energía: cuánta puede entregar en total antes de necesitar recargarse. Divide la energía por el poder y obtendrás la duración. Un sistema de 100 MW / 400 MWh es un sistema de cuatro-horas - y puede mantener 100 MW de producción durante aproximadamente cuatro horas antes de vaciarse. Un sistema de 100 MW / 200 MWh tiene idéntica potencia instantánea y la mitad de autonomía.
La eficiencia de ida y vuelta-, las cargas auxiliares y los límites de profundidad-de-descarga significan que la duración real utilizable se ejecuta ligeramente por debajo de la aritmética de la placa de identificación. Los modelos financieros deben basarse en la energía utilizable, no en la capacidad nominal.
| Duración | Más adecuado para | Perfil de costos | Características de los ingresos |
|---|---|---|---|
| Menos de 1 hora | Respuesta de frecuencia rápida, servicios de estabilidad de red. | Costo de energía más bajo por MW | Alto valor por MWh, pero mercados pequeños y fácilmente saturados |
| 1 a 2 horas | Regulación de frecuencia, reducción de picos cortos, algo de arbitraje | Moderado | Depende en gran medida de la profundidad del mercado auxiliar local. |
| 3 a 4 horas | Cambio de picos nocturnos, mercados de capacidad, fortalecimiento solar | Mayor coste energético por MW | El más amplio acceso a capacidad e ingresos por arbitraje |
| 6 a 8 horas+ | Cambio de energía profundo, reafirmación renovable de varias-horas | Costo de instalación más alto | Se justifica principalmente cuando los diferenciales de precios son amplios o las normas de capacidad así lo requieren. |
De esto se desprenden dos cosas. La duración debe surgir del análisis de ingresos, y no al revés. - un sistema de cuatro-horas tiene sentido cuando el mercado de capacidad local requiere cuatro horas para obtener el crédito completo, y está sobre-construido y genera menos-un mercado donde sólo la respuesta de frecuencia rápida es genuinamente líquida.
La segunda es que los requisitos de duración cambian. A medida que crece la penetración del almacenamiento en un sistema determinado, el crédito de capacidad incremental que gana una batería durante la misma duración tiende a reducirse - por patrón.Estudio de futuros de almacenamiento del NRELy las investigaciones sobre la adecuación de los recursos-relacionados han seguido la evolución de la implementación del almacenamiento en los mercados de EE. UU., y los sistemas-de mayor duración generalmente conservan una mayor parte de su valor de capacidad a medida que aumenta la penetración. Si el modelo de un proyecto se basa en los ingresos por capacidad, vale la pena hacer-pruebas de estrés sobre qué sucede si la duración de calificación se alarga durante la vida operativa del activo y si el aumento puede cerrar esa brecha sin una reconstrucción completa.
Elección de la química de la batería para proyectos-a escala de red
En la actualidad, la mayor parte del almacenamiento-a escala de servicios públicos utiliza fosfato de hierro y litio (LFP), mientras que las químicas de iones de níquel-manganeso-(NMC) y, cada vez más, de sodio-también están presentes en el mercado. Vale la pena tomar la decisión de forma deliberada y no por defecto.
| Factor | LFP | NMC |
|---|---|---|
| Densidad de energía | Lower - necesita más espacio para el mismo MWh | Mayor espacio - más compacto |
| Estabilidad térmica | Generalmente es más tolerante y tiene un inicio descontrolado-térmico más alto | Necesita un diseño térmico y contra incendios más conservador |
| Ciclo de vida | Normalmente fuerte para el ciclismo diario. | Bueno, pero a menudo más sensible a los ciclos profundos y frecuentes. |
| Trayectoria de costos | Dominante en almacenamiento estacionario; beneficios de escala | Más asociado a aplicaciones de movilidad |
| Exposición material | Sin cobalto ni níquel | Expuestos al riesgo de suministro y precio del cobalto y el níquel |
Para la mayoría de los proyectos estacionarios que circulan una o dos veces al día sin una limitación importante de terreno, el LFP es la opción principal - en gran medida debido a su comportamiento térmico y su ciclo de vida. NMC todavía se gana su lugar parasistemas en contenedoresdonde cada metro cuadrado de jardín es realmente escaso.
La química, sin embargo, no es la cuestión que más importa. Lo que realmente garantiza la garantía es. Dos sistemas con especificaciones idénticas en la placa de identificación pueden tener una capacidad de final de vida garantizada-de-vida útil muy diferente, diferentes asignaciones de ciclo y diferentes condiciones que anulan la cobertura. Lea los documentos de garantía línea por línea antes de comparar los precios principales.
Conexión a la red: la fase que la mayoría de los proyectos subestiman
Son más los proyectos BESS a gran escala-que se retrasan o abandonan por la interconexión que por cualquier cosa que tenga que ver con las baterías en sí.
Dependiendo de la jurisdicción y el voltaje de conexión, un operador de servicios públicos o de sistemas generalmente requerirá alguna combinación de:
- Estudios de flujo de carga y{0}}estado estable - ¿puede la red albergar la inyección y el retiro en este momento?
- Estudios de-cortocircuito - ¿la adición eleva los niveles de falla más allá de las clasificaciones de los equipos existentes?
- Coordinación de la protección - ¿seguirán funcionando correctamente los esquemas de protección existentes?
- Análisis de armónicos y de calidad-de energía, ya que los recursos basados-en inversores introducen armónicos que deben mantenerse dentro de límites.
- Estudios dinámicos y de estabilidad, que normalmente se requieren a voltajes más altos y capacidades más grandes.
- Cumplimiento del código-de red y energía reactiva, que cubre el paso de tensión-y la capacidad reactiva
Cualquiera de estos estudios puede desencadenar un requisito de actualización de la red-y ese costo generalmente recae en el desarrollador - que a veces cambia materialmente la economía del proyecto entre el estudio de viabilidad inicial y el cierre financiero.
Los cronogramas varían enormemente según el mercado, y vale la pena tratar esa variación como un aporte de planificación en lugar de una ocurrencia tardía.Estudios de conexióna nivel de distribución a veces puede aclararse en meses; En redes de transmisión congestionadas, el panorama es muy diferente. Laboratorio Nacional Lawrence BerkeleyEn colaEl seguimiento de las colas de interconexión de EE. UU. ha descubierto que el tiempo medio desde la solicitud de interconexión hasta la operación comercial ahora supera los cinco años para que muchos proyectos lleguen a su finalización, y solo una minoría de los proyectos en cola finalmente se construyen. Un sitio con una perspectiva de ingresos mediocre y una conexión rápida y económica con frecuencia supera a un sitio con un excelente potencial de ingresos y una cola de cinco-años detrás.
Tres cosas ayudan a gestionar ese riesgo de manera temprana: verificar la cola publicada y el estado de procesamiento de la red de destino antes de comprometerse con un sitio; observe dónde ya se ha conectado el almacenamiento cercano, ya que un segmento-ya absorbido puede tener menos espacio libre o puede que ya tenga las actualizaciones necesarias; y valorar explícitamente el riesgo de mejora, contemplando la contingencia para el refuerzo en lugar de asumir el mejor de los casos.
Lo que cuesta realmente un BESS-a gran escala
La batería en sí es el elemento de línea más grande, pero generalmente está muy por debajo del total. Un realistadesglose de costostiene cuatro capas:
Equipo- módulos de batería, bastidores o contenedores, PCS, transformadores, aparamenta de media-tensión, cableado, HVAC o refrigeración líquida, detección y extinción de incendios, hardware EMS y SCADA, medición, energía auxiliar y seguridad del sitio.
Balance de planta y construcción- adquisición o arrendamiento de terrenos, obras civiles, cimientos, drenaje, caminos de acceso, cercas, zanjas de cables y el alcance de ingeniería e instalación del contratista EPC.
Conexión a red y costes blandos- tarifas de solicitud de interconexión, estudios de red, cualquier refuerzo requerido, permisos, evaluación ambiental, costos legales, de seguros, financieros y pruebas de puesta en servicio y cumplimiento.
Costos de por vida- operaciones y mantenimiento, acuerdos de garantía y servicio, renovaciones de seguros, repuestos, licencias de software, tarifas de participación en el mercado y aumento: agregar capacidad más adelante para compensar la degradación.
La duración es la que más mueve el número, ya que la capacidad energética aumenta el componente de costo más grande casi linealmente - al pasar de dos horas a cuatro no se duplica el costo total del proyecto, pero sí lo mueve sustancialmente. El refuerzo de la red es la partida de variación-más amplia de todo el modelo: un proyecto que necesita una extensión de subestación es, financieramente, un proyecto diferente. Las condiciones del sitio, el código-de red y los requisitos de seguridad, y la estrategia de aumento elegida desde el principio suman o ahorran dinero de maneras que rara vez aparecen en una cotización inicial de equipo.
Un error común es comparar las cotizaciones de los proveedores únicamente en términos de $/kWh. Dos cotizaciones al mismo precio de $/kWh pueden implicar costos totales del proyecto muy diferentes una vez que se comparan línea por línea los límites del alcance, los términos de la garantía y los sistemas auxiliares requeridos.
Cómo generan dinero los proyectos-de servicios públicos BESS a escala
Los ingresos de un BESS a gran-escala generalmente provienen de alguna combinación de arbitraje energético, servicios auxiliares, pagos de capacidad, consolidación de energías renovables y reducción de restricciones, alivio de la congestión o aplazamiento de la red, y acuerdos de peaje contratados.
La combinación de varios de estos - ingresos acumulados - es realmente la forma en que la mayoría de los proyectos comerciales logran retornos viables. También se modela habitualmente de manera demasiado optimista, por tres razones. Una batería que mantiene el estado de carga para una obligación de reserva no puede arbitrarse con esa misma energía al mismo tiempo, por lo que los máximos teóricos de diferentes mercados no se pueden sumar simplemente. El apilamiento agresivo aumenta el rendimiento, lo que acelera la degradación y puede incumplir la asignación de ciclo escrita en la garantía. Y los mercados auxiliares son pequeños en relación con los mercados energéticos - a medida que ingresa más almacenamiento, los precios en esos mercados más estrechos se comprimen, un patrón ya visible en varios de los primeros mercados de almacenamiento a medida que el despliegue ha aumentado.
El enfoque más confiable es modelar los ingresos con una simulación de despacho que respete el estado de carga, los límites del ciclo y las reglas de elegibilidad del mercado -, no sumando promedios de mercado separados y esperando que las restricciones se solucionen por sí solas.
Lo que realmente genera fuertes retornos
Aproximadamente en orden de apalancamiento, estas son las variables que deciden si los retornos de un proyecto se mantienen:
Diferencial de precios realizado.La brecha entre los precios de carga y descarga, neta-la eficiencia del viaje de ida y vuelta, es el motor de los ingresos de los comerciantes. Pruébelo con datos históricos de precios para el nodo específico, no con un promedio nacional.
Costo total instalado, incluyendo interconexión.La línea de refuerzo-de la red es donde los modelos se rompen con mayor frecuencia, como se explicó anteriormente.
Disponibilidad.Los ingresos se concentran en un pequeño número de horas de alto-valor, por lo que estar fuera de línea durante ellas resulta desproporcionadamente costoso -, lo que hace que la calidad de operación y mantenimiento y evita que la planificación sea una decisión financiera, no solo técnica.
La degradación y el plan de aumento.La capacidad se desvanece con el uso y la edad. Un modelo que asume la capacidad nominal en el año diez no es realmente un modelo.
Eficiencia de ida y vuelta-.Cada punto porcentual es un impuesto permanente en cada ciclo durante la vida del activo. Compare la eficiencia de CA-con-CA en el punto de interconexión, incluidas las cargas auxiliares, en lugar de CC-con-CC en el bastidor.
Estructura del contrato.Un acuerdo de peaje ofrece ventajas a cambio de bancabilidad; la exposición comercial hace lo contrario. Cuál es preferible depende de las condiciones de financiación, no de cuál produce la TIR general más alta.
La seguridad y el cumplimiento no son extras opcionales
A esta escala, la seguridad funciona como una puerta de permisos, una condición de seguro y una condición de financiación - no sólo de ingeniería.
Los elementos principales son la prevención (calidad de las celdas, diseño de BMS, gestión térmica, protección contra sobrecargas y sobre{0}}temperatura), detección (gas, humo y detección térmica con monitoreo remoto continuo), contención (espaciamiento de contenedores, ventilación de deflagración, diseño que limita la propagación entre unidades) y respuesta (sistemas de supresión, apagado de emergencia, acceso dimensionado para aparatos contra incendios y un plan de respuesta acordado con la autoridad local contra incendios).
Dos normas hacen la mayor parte del trabajo pesado en América del Norte.NFPA 855establece los requisitos de instalación, espaciado y protección contra incendios-para sistemas de almacenamiento estacionarios, y sus ediciones recientes han puesto más énfasis en las pruebas de incendios y el control de explosiones a gran-escala.UL 9540Aes el método de prueba complementario que se utiliza para evaluar cómo se comporta un sistema cuando se le empuja a un descontrol térmico, trabajando a través de pruebas a nivel de celda, módulo, unidad e instalación-para establecer si un diseño realmente contiene una falla. Los equipos que no han sido evaluados con respecto a ambos tienden a tener problemas de permisos tarde, cuando un rediseño es costoso. ConfirmandoCertificación ULVale la pena conocer el estado antes, no después, de la selección del equipo.
Involucrar a la autoridad de bomberos local temprano - durante la viabilidad, no al momento de permitir -, es uno de los pasos más baratos disponibles para reducir el riesgo-. Los requisitos varían considerablemente entre jurisdicciones y un cambio-en una etapa tardía del espaciado o la supresión puede obligar a rediseñar todo el diseño del sitio.
Errores que descarrilan la red eléctrica-Proyectos de baterías a escala
- Dimensionamiento antes de que exista el modelo de negocio.Decidirse por "100 MW / 400 MWh" y luego buscar ingresos que lo justifiquen, en lugar de obtener potencia y duración de los mercados realmente disponibles en ese nodo.
- Tratar la interconexión como un papeleo.Es el elemento de mayor-varianza tanto en el cronograma como en el costo, y los proyectos que lo tratan como administrativo descubren el problema demasiado tarde para cambiar de sitio.
- Modelar la degradación como una idea de último momento.Asumir una capacidad estable o aplicar un porcentaje anual fijo que no refleja el perfil cíclico real produce retornos que nunca aparecen.
- Comparación de proveedores únicamente por el precio por kWh.Sin normalizar el alcance, los términos de la garantía, la capacidad{0}}de-vida útil garantizada y la asignación de ciclo, la comparación no significa mucho.
- Acumulación de ingresos en papel que no se puede apilar en funcionamiento.Sumar los promedios del mercado sin restricciones de despacho es la forma más común en que un modelo exagera los retornos.
- Diseñar el sitio antes de confirmar los requisitos de incendio y espaciamiento.Los cambios tardíos en las distancias de separación pueden reducir la capacidad utilizable o forzar un nuevo diseño.
- Ignorando la carga auxiliar.La refrigeración, el HVAC y los controles consumen energía continuamente - en una extensión de arbitraje fina, lo que no es un error de redondeo.
- Sin vía de aumento.Saltarse el espacio reservado, la capacidad eléctrica o la provisión contractual para el aumento obliga a tomar una decisión peor en el séptimo año.
- Subestimar la operación y el mantenimiento y los repuestos-largos.Una falla en un transformador sin una estrategia de repuesto puede significar meses de pérdida de ingresos.
- Saltarse la revisión del código-de cuadrícula antes de seleccionar el equipo.Descubrir después de la adquisición que el PCS no puede cumplir con un requisito de recorrido o reactivo es costoso y lento de solucionar.
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Preguntas frecuentes
P: ¿Qué es un BESS-a gran escala?
R: Un BESS a gran-escala es un sistema de almacenamiento de baterías construido a escala de red o de servicios públicos, clasificado en megavatios de potencia y megavatios-hora de energía. Se conecta a una subestación, una planta de energía renovable o un sitio industrial importante, almacena electricidad cuando el suministro es alto o los precios son bajos y la descarga cuando la demanda o los precios aumentan.
P: ¿Cuál es la diferencia entre MW y MWh?
R: MW mide la potencia - cuánta electricidad puede entregar el sistema en un momento dado. MWh mide la energía - cuánta energía puede entregar en total. Al dividir la energía por la potencia se obtiene la duración: un sistema de 100 MW/400 MWh es un sistema de cuatro-horas.
P: ¿Qué duración debería tener un BESS-a gran escala?
R: No existe una respuesta universal; debe derivarse del análisis de ingresos en el punto de conexión específico. Los sistemas de corta-duración se adaptan a servicios de red rápidos, los sistemas de dos-horas se adaptan a aplicaciones de frecuencia y picos cortos, y los sistemas de cuatro-horas o más se adaptan a mercados de capacidad y cambios de picos nocturnos. Verifique la duración requerida para la calificación de capacidad en el mercado objetivo y considere si ese requisito podría extenderse a lo largo de la vida útil del activo.
P: ¿Cuánto tiempo lleva desarrollarse un proyecto BESS-a gran escala?
R: Varía mucho según el mercado y la interconexión es casi siempre la fase más larga. La construcción en sí suele ser una porción relativamente corta del cronograma total en comparación con los estudios de interconexión, los permisos y el financiamiento.
P: ¿Qué química de la batería se utiliza en el almacenamiento-a gran escala?
R: LFP es la opción principal para la mayoría de los proyectos estacionarios, en gran parte por su comportamiento térmico y su ciclo de vida. El NMC sigue siendo relevante donde la huella es limitada y los iones de sodio-están surgiendo. Más allá de la química, la capacidad garantizada al final-de-vida útil y la asignación de ciclos en la garantía a menudo importan más que la etiqueta química.
P: ¿Cómo genera dinero un BESS-a gran escala?
R: A través de arbitraje energético, servicios auxiliares, pagos de capacidad, consolidación de energías renovables, reducción de restricciones, servicios de red o peajes contratados. La mayoría de los proyectos comerciales combinan varios, pero el estado de carga, los límites del ciclo y las reglas de elegibilidad del mercado significan que estos flujos no se pueden sumar simplemente.
P: ¿Qué es el aumento de batería?
R: El aumento significa agregar capacidad de la batería durante la vida operativa del activo para compensar la degradación y restaurar la capacidad de energía nominal. Los proyectos con obligaciones de capacidad-a largo plazo a menudo lo planifican desde el principio, reservando espacio físico, capacidad eléctrica y presupuesto en lugar de tratarlo como un costo futuro no planificado.
Resumir
En los proyectos BESS exitosos a gran-escala, el patrón tiende a repetirse: la tesis de los ingresos es lo primero, el punto de conexión se valida temprano, la duración sigue el mercado en lugar del marketing, y la degradación y la seguridad se diseñan en lugar de descubrirse más tarde.
En la etapa de selección, dos entradas eliminan más sitios inviables que cualquier cantidad de comparación de equipos - datos de precios históricos en el nodo candidato y el estado actual de la cola de interconexión para esa red. Una vez que se validan la tesis de ingresos y la ruta de conexión, el siguiente paso es una revisión de las especificaciones de los productos de mercado que el proyecto realmente pretende ofrecer, seguida de una comparación de proveedores similares-para-sobre el alcance, la garantía y la capacidad de fin-de-vida útil garantizada en lugar del precio principal. Si le resultaría útil analizar las opciones de tamaño y conexión para un sitio específico,habla con nuestro equipo.