Los servicios de respuesta de frecuencia están cambiando rápidamente para adaptarse a las necesidades de un sistema en transición. En los próximos dos años, veremos la retirada de los servicios tradicionales y la introducción de nuevos mercados para la respuesta de frecuencia. En este artículo, exploramos estos nuevos servicios. También estimamos la energía requerida y analizamos cómo pueden participar las baterías.
Resumen de los nuevos servicios de respuesta de frecuencia
En octubre de 2020, el Operador del Sistema Eléctrico de la Red Nacional (NG ESO) lanzó la primera versión de sus nuevos servicios de respuesta de frecuencia: Dynamic Containment de baja frecuencia (DC-LF).
En el primer trimestre de 2022, se lanzarán dos servicios adicionales de respuesta de frecuencia, completando el nuevo paquete: Dynamic Containment, Dynamic Moderation y Dynamic Regulation (DC, DM y DR). Cada producto responde a una necesidad específica para gestionar la frecuencia. Juntos, permiten al ESO gestionar la frecuencia en todo el rango de entrega de los servicios tradicionales.
Los tres servicios se dividen en dos grupos:
- Pre-fallo: para prevenir grandes desviaciones de frecuencia y mantener la frecuencia dentro de los límites operativos.
- Post-fallo: para resolver grandes desviaciones de frecuencia y devolver la frecuencia dentro de los límites operativos.
La Tabla 1 a continuación ofrece una visión general de los nuevos servicios.
Perfiles de respuesta
Los perfiles de respuesta de DC y DM incluyen un rango de entrega inicial y uno secundario, separados por un 'punto de inflexión', como se muestra en la Figura 1. Solo se requiere una respuesta parcial en el rango de entrega inicial, limitada al 5% de la capacidad contratada. En el rango de entrega secundario, se requiere una respuesta completa de hasta el 100% de la capacidad contratada.
Comparación de los requisitos energéticos de los nuevos servicios
Para los proveedores de servicios de respuesta de frecuencia, el volumen de energía entregada requerida depende de cómo cambia la frecuencia de la red a lo largo del tiempo. Para comprender esto en detalle, hemos modelado la respuesta contratada para los nuevos servicios de respuesta de frecuencia. Esto se basa en datos de frecuencia de la red de 2020.
La Figura 2 muestra el porcentaje de tiempo pasado en las zonas clave de respuesta de frecuencia. Con esto, podemos entender durante cuánto tiempo y en qué medida se utiliza cada servicio (ver Tabla 2).
Conclusiones clave:
- La frecuencia permanece dentro de la banda muerta (50 +/- 0,015 Hz) el 13% del tiempo. Esto no requiere respuesta de las unidades que prestan cualquiera de los servicios.
- DC y DM pasan muy poco tiempo en el rango secundario. Para DM, se requiere la entrega completa del servicio el 12% del tiempo. Para DC, la entrega completa solo se requiere el 0,12% del tiempo.
Los requisitos energéticos de los servicios individuales varían debido a las diferencias en los perfiles de respuesta. Basándonos en los datos de frecuencia de 2020, la Figura 3 muestra el requerimiento energético diario promedio de cada servicio (para un contrato de 1 MW).
Conclusiones clave:
- La energía entregada es menor para DC y DM que para DR. Esto se debe al perfil de entrega con punto de inflexión.
- En DC, el 98% de las importaciones y exportaciones se realizan en el rango de entrega inicial, ya que la respuesta post-fallo rara vez es necesaria.
- DR tiene el requerimiento energético más alto, debido a su ventana de entrega estrecha alrededor de los 50 Hz.
¿Cómo participará el almacenamiento de energía en DC, DM y DR?
Al proporcionar respuesta de frecuencia, hay dos consideraciones clave para el almacenamiento de energía:
- Gestión del estado de carga (SoC).
- Ciclos.
Para participar en DC, los proveedores deben gestionar el SoC para asegurar que siempre puedan entregar la capacidad contratada completa durante 15 minutos. Para DM y DR, los requisitos de SoC aún están en consulta. Lo más probable es que los activos deban mantener suficiente energía para 30 minutos de entrega completa del servicio. Esto podría ser un problema para los sistemas de una hora. Mantener suficiente energía para entregar en cualquier dirección a plena potencia requeriría que el activo se mantuviera exactamente al 50% de SoC. En este escenario, los activos de menor duración tendrían que ofertar en DR y DM a menor capacidad para evitar este problema.
La Tabla 3 muestra los requisitos de gestión de SoC para cada servicio (cambio promedio diario de SoC/día) y estimaciones de ciclos (ciclos/día). Aquí se asume un sitio de 1 MW con una duración de una hora (1 MWh de capacidad energética) participando en cada mercado a plena capacidad, con una eficiencia de ida y vuelta del 88% (RTE). Se asume que los contratos se otorgan durante las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
Conclusiones clave:
- Los mayores cambios diarios de SoC se encuentran en servicios asimétricos. Por lo tanto, se recomienda la participación simétrica para el almacenamiento de energía, para minimizar los costes de gestión de SoC.
- DR es menos adecuado para almacenamiento de energía, debido a las altas tasas de ciclaje (2,84 ciclos/día), altos requisitos de gestión de SoC (38% de pérdidas de SoC/día) y tiempo de respuesta lento (10 segundos).
- DC es el servicio de menor throughput. Tiene tasas de ciclaje de 0,14 ciclos/día, hasta 10 veces menores que las estimadas en los mercados de oportunidad.
Resumen
- Juntos, DC, DM y DR reemplazarán los mercados existentes de respuesta de frecuencia del ESO.
- No se requiere respuesta para ningún servicio el 13% del tiempo.
- DC y DM tienen los menores requerimientos energéticos, debido a sus perfiles de respuesta con punto de inflexión.
- La respuesta simétrica de DC tiene una tasa de ciclaje muy baja y un tiempo de respuesta rápido, lo que la hace muy adecuada para el almacenamiento de energía en baterías.
- Aunque es técnicamente posible, es poco probable que el almacenamiento de energía en baterías participe en DR, debido a los altos requisitos de gestión de SoC, altas tasas de ciclaje y tiempos de respuesta lentos.
