A medida que más energías renovables se incorporan al sistema, la frecuencia de la red se vuelve más volátil. Una forma de gestionar esto es a través de los servicios de respuesta de frecuencia, que normalmente son provistos por sistemas de almacenamiento de energía en baterías. Entonces, a medida que los patrones de frecuencia cambian, ¿cómo afecta esto a las baterías que ayudan a estabilizar la red?

Servicios de respuesta de frecuencia

La frecuencia de la red representa el equilibrio entre generación y demanda. Cuando ambos están perfectamente equilibrados, la frecuencia del sistema es de 50 Hz.

Cuando la generación y la demanda no están equilibradas —lo que ocurre prácticamente todo el tiempo—, la frecuencia se aleja de los 50 Hz. La frecuencia aumenta cuando la generación supera la demanda, y viceversa.

National Grid ESO busca mantener la frecuencia entre 49,8 y 50,2 Hz; estos son sus "límites operativos". (También existe un requisito legal para asegurar que la frecuencia permanezca entre 49,5 y 50,5 Hz).

• Para gestionar esto, National Grid ESO depende de servicios de red. En este artículo, nos centraremos en los servicios de respuesta de frecuencia, que normalmente son proporcionados por sistemas de almacenamiento de energía en baterías.
• Si la frecuencia está a menos de 0,015 Hz de los 50 Hz, no se requiere acción: la frecuencia está dentro del "margen muerto".
• Los servicios de respuesta de frecuencia se activan cuando la frecuencia se desplaza más de 0,015 Hz de los 50 Hz, en cualquier dirección, es decir, cuando sale del "margen muerto".

La frecuencia se está volviendo más volátil

En lo que va de 2023, la frecuencia pasa menos tiempo dentro y alrededor del margen muerto, y más tiempo alejada de los 50 Hz. Esto significa que la frecuencia se ha vuelto más volátil y se requiere una mayor respuesta de frecuencia.

Esto se debe principalmente a que hay más generación renovable en la red que nunca antes.

• El aumento de renovables ha reducido la inercia de la red (puedes leer más sobre esto aquí), lo que significa que la frecuencia cambia más rápido cuando hay desequilibrios entre generación y demanda.
• También introduce volatilidad adicional en la frecuencia, ya que ráfagas de viento y el movimiento de las nubes pueden causar cambios a corto plazo en la generación.

En los últimos años, ha habido un aumento en la variación de la frecuencia, es decir, la distancia promedio de la frecuencia respecto a los 50 Hz. En promedio, la frecuencia ahora se encuentra más lejos de los 50 Hz que nunca antes, en ambas direcciones.

Entonces, ¿qué significa esto para los sistemas de almacenamiento de energía en baterías que proveen servicios de respuesta de frecuencia?

Las tasas de ciclado por respuesta de frecuencia están aumentando

Con este aumento en la variabilidad de la frecuencia, también está aumentando la energía necesaria para proveer servicios de respuesta de frecuencia. Esto significa que las baterías deben ciclar más para entregar cada servicio.

En promedio, los requisitos de energía para entregar servicios de respuesta de frecuencia han aumentado más de un 3% en 2023.

El throughput de entrega aquí se refiere al número de ciclos necesarios para entregar cada servicio, para una batería de una hora contratada al 100% de su potencia disponible.

Pero... estas tasas de ciclado varían enormemente

La frecuencia no siempre es predecible. En cualquier día, la frecuencia puede ser más o menos volátil, o desplazarse significativamente en una dirección. Esto puede tener un gran impacto en los requisitos de ciclado de los servicios de respuesta de frecuencia.

• La Regulación Dinámica tiene la mayor variación absoluta en ciclado, pero la Moderación Dinámica muestra la mayor variación en términos porcentuales.
• Esto se debe al aumento de la potencia cuando la frecuencia se aleja más de 0,1 Hz de los 50 Hz.
• En esos días en que la frecuencia se desvía más de 50 Hz, la Moderación Dinámica requiere casi el triple de throughput energético —y por tanto ciclos— que lo normal para las baterías en este servicio.

Las tasas diarias de ciclado dependen de la variación de la frecuencia a lo largo del día. Cuanto más se aleja la frecuencia de los 50 Hz, más deben ciclar las baterías en los servicios de respuesta de frecuencia.

En general, las tasas de ciclado en los servicios de alta y baja frecuencia son inversamente proporcionales. Los días con mayor ciclado en una dirección suelen ser los de menor ciclado en la otra. Esto puede tener un gran impacto en la gestión del estado de carga.

Caso práctico de respuesta de frecuencia: 1 de abril de 2023

El 1 de abril de 2023, la frecuencia se mantuvo por debajo de los 50 Hz durante la mayor parte del día. La frecuencia promedio del día fue de 49,96 Hz, ¡la más baja desde antes de 2020! A pesar de esto, la frecuencia se mantuvo en su mayoría dentro de las bandas operativas de 0,2 Hz.

Esta baja frecuencia tuvo grandes consecuencias para los proveedores de respuesta de frecuencia.

• No hubo mucho impacto en Contención Dinámica (debido a sus menores requisitos de throughput energético).
• Sin embargo, la Moderación Dinámica habría requerido más de un ciclo completo de descarga (para una batería de una hora contratada al 100% de potencia disponible).
• La Respuesta Firme de Frecuencia habría necesitado casi dos ciclos completos de descarga.
• ¿Y la Regulación Dinámica? 4,8 ciclos de descarga, frente a solo un ciclo de carga.

¿Cómo afectó esto a los proveedores de Regulación Dinámica?

El 1 de abril, la diferencia entre las necesidades energéticas requeridas por los servicios de Regulación Dinámica de alta y baja frecuencia significó que cualquier sistema contratado para proveerlos tuvo que recurrir intensamente al mercado mayorista, para mantener suficiente estado de carga y cumplir con sus obligaciones.

Esto redujo considerablemente los ingresos que los proveedores de Regulación Dinámica pudieron obtener ese día. En algunos casos, los costes de gestionar el estado de carga (comprando energía en el mercado mayorista) eliminaron por completo los ingresos provenientes de la respuesta de frecuencia.

Kemsley, una batería de 50 MW, contrató en promedio el 56% de su potencia en Regulación Dinámica de baja frecuencia el 1 de abril. Para cumplir con sus obligaciones, el activo tuvo que recargar repetidamente en el mercado mayorista.

¿Qué hemos aprendido?

• Los requisitos de ciclado para los servicios de respuesta de frecuencia están aumentando (en promedio). Con más generación renovable entrando al sistema y menor inercia, esto probablemente continuará.
• También hay más volatilidad en cuanto al número de ciclos que deben realizar las baterías. Gestionar esto puede ser costoso y puede alterar gravemente las operaciones programadas.
• La volatilidad en las demandas de ciclado para la Regulación Dinámica significa que prestar el servicio en ciertos días puede superar las limitaciones de ciclado de un activo si no se gestiona adecuadamente.