La semana pasada, exploramos el funcionamiento de la batería co-ubicada más grande de Gran Bretaña, en el parque eólico de Whitelee. Pero, ¿qué ocurre con las baterías co-ubicadas con energía solar? Actualmente, la mayoría está acoplada en corriente alterna (AC), pero ¿podría ser más beneficioso el acoplamiento en corriente continua (DC)?
¿Qué es el acoplamiento en corriente continua (DC)?
El acoplamiento en DC se refiere a una batería y una planta solar co-ubicadas que están conectadas detrás de un inversor compartido, donde la energía es en corriente continua (DC).
Ambos activos funcionan en DC y requieren un inversor para convertir la electricidad hacia/desde la corriente alterna (AC) en la que opera la red eléctrica.
Ventaja: Acoplar en DC una batería y una planta solar elimina la necesidad de más de un inversor. Esto implica menos duplicación de equipos y debería reducir los costes de capital.
Desventaja: Sin embargo, no es tan sencillo. Se requiere equipamiento adicional en forma de un convertidor DC-DC. Esto asegura que la batería y la planta solar operen al mismo nivel de voltaje. Esto, junto con la reducción de eficiencias en otros aspectos, puede erosionar cualquier beneficio de coste del acoplamiento en DC.
Por lo tanto, la preferencia entre acoplamiento AC y DC puede depender de los beneficios operativos de cada uno. En el caso del acoplamiento en DC, la clave está en sobredimensionar la planta solar y en el valor de la energía “recortada” resultante.
¿Qué es el sobredimensionamiento?
Sobredimensionar significa instalar paneles solares cuya capacidad es mayor que la del inversor. El inversor limita la potencia que la planta solar puede exportar a la red. Entonces, ¿por qué hacerlo?
- La reducción en los costes de los paneles solares hace que ahora sean uno de los elementos más baratos de un proyecto solar.
- Sobredimensionar permite que la planta solar tenga un perfil de generación más amplio, posibilitando exportar más energía cuando es más valiosa.
- Es poco común que los paneles solares generen a máxima potencia; esto solo ocurre a mediodía en los días más soleados.
La planta solar a veces generará más energía, en DC, de la que puede convertir a AC y exportar a la red. Decimos que esta energía perdida en el inversor ha sido “recortada”.
El acoplamiento en DC de una batería con la planta solar permite cargar la batería —gratis— con la energía recortada (que de otro modo se perdería) y almacenarla para su descarga posterior.
¿Cuál es el valor del acoplamiento en DC para una batería?
Capturar y desplazar la energía recortada puede aportar mucho valor a una batería.
Por ejemplo, el 26 de abril, los precios en el mercado mayorista permitieron a las baterías obtener buenos ingresos.
En primer lugar, ¿qué valor podría haber obtenido una batería normal ese día?
- Una batería realizando dos ciclos podría haber cargado a £86/MWh durante la noche y vendido esa energía a £136/MWh por la mañana.
- Luego podría haber vuelto a cargar a £98/MWh a mediodía y vendido esa energía a £150/MWh por la tarde.
- Teniendo en cuenta las pérdidas de eficiencia, esto habría generado £76/MW.
¿Y una batería acoplada en DC?
- Con una planta solar generando excedente a mediodía, el segundo ciclo se habría realizado con un coste de carga de £0/MWh.
- Esto significa que la batería podría haber obtenido £188/MW en el día, un incremento del 147% respecto a la batería independiente.
¿Cuánta energía recortada puede realmente aprovechar la batería?
¿Cómo afectan los distintos ratios de sobredimensionamiento al volumen de energía recortada potencial? ¿Y cuánta de esa energía puede luego capturar una batería?
- Los volúmenes recortados se mantienen bajos hasta que el sobredimensionamiento se acerca al 150%.
- Una batería de una hora puede capturar toda la energía que se perdería por recorte hasta un sobredimensionamiento del 140%.
- Más allá de este punto, el sistema empieza a quedarse sin capacidad algunos días, pero aún así puede capturar más de la mitad de la energía recortada incluso con ratios muy altos de sobredimensionamiento.
- Para una batería de dos horas, la mayor duración permite capturar aún más energía recortada.
¿Pero qué significan estos números en la práctica?
- Una planta solar sobredimensionada al 150% perderá alrededor del 5% de su generación por recorte cada año.
- Instalando una batería de una hora, se puede capturar el 90% de esa energía y descargarla a la red cuando el sol empieza a ponerse.
Estos volúmenes son bajos en comparación con la operación normal de una batería, pero capturar esta energía “derramada” permitiría realizar 50 ciclos al año.
¿Cuál es el valor de esta energía?
La energía recortada capturada por una batería acoplada en DC es gratuita. Por tanto, el valor depende totalmente del precio al que se pueda vender.
Esto puede ser positivo para construir un caso de negocio, ya que reduce la exposición de la batería a la volatilidad intradía de los precios. El aumento de los precios del gas en los últimos dos años también beneficia a los sistemas acoplados en DC: el alza en los precios de la electricidad permite a las baterías vender a precios más altos.
¿Existen otros beneficios?
- Cargar desde energía solar logra una mayor eficiencia que cargar desde la red.
- El aprovechamiento a bajo voltaje también permite que la batería se cargue con energía solar que de otro modo se perdería.
¿Cuáles son las desventajas del acoplamiento en DC?
Parece una gran noticia, pero actualmente existe una desventaja importante del acoplamiento en DC:
Es sumamente difícil que una batería acoplada en DC preste servicios de respuesta de frecuencia, especialmente la respuesta ultra precisa requerida para Dynamic Containment.
¿Por qué?
- La energía exportada por la batería a la red se combina con la energía de la planta solar. Incluso cuando la solar no genera, esto genera mucho “ruido”.
- Esto significa que una batería acoplada en DC podría incluso no ser capaz de prestar servicios de frecuencia por la noche.
- Esto podría evitarse si la salida de la batería pudiera medirse con un medidor de DC, pero actualmente no está permitido (según las reglas para la prestación de servicios de frecuencia).
¿Cuánto costaría esto en ingresos?
En 2022, Dynamic Containment representó el 63% de los ingresos de almacenamiento de energía en baterías; en términos reales, esto significó que Dynamic Containment valió alrededor de £100k/MW el año pasado para el sistema medio de almacenamiento de energía en baterías. Una batería acoplada en DC, incapaz de prestar respuesta de frecuencia, habría perdido ingresos de forma significativa.
Sin embargo, desde la saturación, los precios han caído notablemente. De hecho, en 2023 los precios de Dynamic Containment han promediado solo £6.80/MW/h, equivalente a ingresos de £20k/MW.
Por tanto, la prima que obtiene la respuesta de frecuencia frente a una estrategia puramente comercial se ha reducido notablemente y el ingreso extra por vender energía recortada puede compensar la pérdida de ingresos por respuesta de frecuencia.
- Con el valor adicional de comercializar energía solar recortada, un sistema acoplado en DC de dos horas puede compensar completamente la pérdida de ingresos por respuesta de frecuencia.
- Una batería acoplada en DC de una hora puede esperar aproximadamente el 75% de los ingresos que recibiría una batería acoplada en AC por Dynamic Containment.
¿Qué depara el futuro?
Actualmente en Gran Bretaña, la mayoría de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías co-ubicadas están acoplados en AC. Esto se debe a que pueden medirse y operarse de forma independiente, lo que a menudo facilita la financiación de estos proyectos. Y, hasta la fecha, los ingresos disponibles por respuesta de frecuencia han sido muy valiosos, pero, como hemos visto, ese valor está disminuyendo.
Cirencester Hybrid Solar Farm (una instalación de 24 MWp con una batería de 10 MW, propiedad del Ayuntamiento de Warrington) es la primera batería acoplada en DC a escala de red en Gran Bretaña, y hay otros proyectos en desarrollo:
- Por ejemplo, a finales de 2022, JBM Solar vendió dos proyectos —con un total de 105 MWp de solar y 65 MW de almacenamiento en baterías— a Vantage RE. Se espera que estos proyectos estén operativos este año. (JBM Solar fue posteriormente adquirida por RWE.)
Hasta ahora, la decisión de desarrollar una batería acoplada en AC o en DC se ha basado en la preferencia.
Sin embargo, a medida que las baterías acopladas en DC entren en operación (es decir, comiencen a participar en los mercados), obtendremos una visión más clara de los costes y beneficios financieros reales de cada opción.
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