Por: Siemens

La combinación de baterías con turbina de gas proporciona flexibilidad a las centrales de generación de energía

  • Con tecnologías de generación disponibles y un panorama energético altamente demandante y cambiante, la combinación efectiva e integración de diversas tecnologías es importante para una red eléctrica confiable y sostenible.
  • La solución SIESTART de Siemens, combina un sistema de baterías con una central de generación flexible de ciclo simple o combinado, dando como resultado una solución de energía que reacciona instantáneamente y complementa la generación con energías renovables.

El entorno energético ha cambiado drásticamente en los últimos años. La generación renovable juega un papel más importante en el mercado de hoy, y ese papel continúa expandiéndose. En un mundo ideal, las energías renovables producirían exactamente la energía demandada en el momento exacto en que es necesitada, por lo tanto, el clima y la hora del día son más influyentes que nunca en la industria de generación de energía.

En un día normal, la generación solar es más alta alrededor del mediodía, pero puede variar dramáticamente según las condiciones. La energía eólica suele ser mayor durante la noche, pero también depende en gran medida de la ubicación. En la mayoría de los mercados, la mayor demanda de energía suele ser en la tarde y la noche, horas de picos de consumo energético en los hogares e industrias.

La alta producción solar o los fuertes vientos en la noche pueden, y con frecuencia lo hacen, generar más energía que la demanda de la red, lo que lleva a una fijación de precios de energía baja o negativa durante ciertos momentos del día o de la noche. Este cambio de tiempo entre la producción de energía y la carga de la red, significa que se debe usar otro tipo de generación para hacer coincidir el suministro con la demanda, de modo que se suministre exactamente la cantidad correcta de electricidad cuando sea necesario.

Existen soluciones disponibles en el mercado para enfrentar la falta de suministro de electricidad. Los rápidos incrementos de la demanda se pueden abordar de manera eficiente con tecnologías de inicio rápido actuales, como las unidades de ciclo combinado de Flex-Plant de Siemens. También existe el sistema de almacenamiento de baterías SIESTORAGE de Siemens que enfrenta el desafío de la generación excesiva, toma el excedente de energía y la almacena en una batería. Finalmente, SIESTART integra las dos tecnologías mencionadas, dando como resultado una solución que es más capaz y flexible que cualquiera de las dos tecnologías por separado.

Flex-Plant, generación de energía flexible

Las fortalezas de las centrales de generación de energía con turbinas de gas eficientes, son:

  • Despacho: Tanto las plantas de ciclo simple como las de ciclo combinado pueden ser solicitadas por el operador de la red o propietarios de las plantas para que funcionen en cualquier momento.
  • Confiabilidad: Las turbinas de gas son tecnologías confiables, con disponibilidad superior al 98%.
  • Continuidad: Las plantas de energía con de turbinas de gas pueden iniciarse y funcionar durante largos períodos de tiempo como unidades de carga base o en horas pico

Encontrar la tecnología adecuada para acoplarse con las centrales de generación de energía con turbinas de gas requiere mejorar o eliminar las principales debilidades de la tecnología, como lo son:

  • Ser instantánea. Las plantas de generación de energía con turbinas de gas pueden comenzar muy rápido, algunas Flex-Plants pueden alcanzar una carga base en menos de 30 minutos y plantas de ciclo simple en menos de 10 minutos, pero no pueden lograr un arranque instantáneo a plena potencia.
  • Blackstart. Las turbinas de gas requieren energía para el arranque inicial. Esto puede provenir de la red o de un generador de Blackstart en sitio, que suele ser una tecnología de menor eficiencia y menos respetuosa con el medio ambiente como un motor alternativo.
  • Balanceo de energía. Las turbinas de gas pueden arrancar y disminuir rápidamente, pero no pueden aprovechar al máximo la fijación negativa de precios de la energía, la respuesta a la demanda o el consumo de energía.

SIESTORAGE

El concepto de un sistema de almacenamiento de energía es simple: almacena energía cuando haya un excedente, y luego suministra energía a la red cuando existe una demanda. Existen algunas tecnologías diferentes disponibles en el mercado que operan en esta capacidad, pero una de las más comunes es un sistema de almacenamiento de batería como el SIESTORAGE de Siemens.

Algunos de los puntos fuertes asociados con un sistema SIESTORAGE son:

  • Instantánea. Se puede suministrar energía a la red (o carga) en menos de un segundo.
  • Balanceo de energía. Las baterías son bidireccionales, suministran energía a la red cuando es necesario y absorben energía de la red cuando no lo son.
  • Emisiones. Las baterías descargan la electricidad con cero emisiones.

Si bien es cada vez más común que las soluciones de almacenamiento de baterías se instalen en sitios de generación renovables para ayudar a aliviar el problema de la intermitencia, la central de energía resultante aún no es confiable. Las baterías pueden almacenar energía excedente, pero cuando las baterías se agotan y la fuente (sol o viento) todavía está ausente, la producción de la planta de energía cae a cero.

SIESTART

Surge una oportunidad de innovación cuando se pueden combinar múltiples tecnologías y mitigar o eliminar la debilidad de uno con la fuerza de otro. SIESTART combina las fortalezas de una planta de generación de energía con turbinas de gas con las fortalezas de un sistema de almacenamiento de batería.

La comparación lado a lado de las características del sistema (Figura 1) muestran la relación complementaria entre los sistemas de almacenamiento de baterías y las centrales eléctricas de turbinas de gas. SIESTART ofrece lo mejor de ambas tecnologías en una sola instalación y mejora las fortalezas cuando se combinan. Para demostrar el potencial completo de un sistema SIESTART, considere el siguiente ejemplo. Una central eléctrica de ciclo combinado en configuración de lxl con una salida nominal de 80 MW está totalmente desenergizada. Una red que se basa en la energía eólica y solar de repente ve una pérdida imprevista en la producción renovable.Esto crea una situación donde la carga eléctrica es constante, pero el suministro está disminuyendo rápidamente.

Figure 1. Ventajas SIESTART. Los beneficios operacionales de un sistema híbrido que combina el almacenamiento en baterías con tecnologías de turbinas de gas son sustanciales. Material: Siemens

Para evitar caídas de tensión y posteriores apagones, el operador de la red llama a la planta SIESTART para obtener el máximo rendimiento. En menos de un segundo, el suministro total de 80 MW está en la red, lo que estabiliza la potencia de la red. Desde la perspectiva de la red, se entregan 80 MW y se evita la crisis.

En este ejemplo, el sistema de almacenamiento de baterías SIESTORAGE entregó de inmediato 80 MW a la red y dio tiempo a los operadores para analizar la situación. Si la generación renovable volviera a estar en línea rápidamente, las baterías podrían reducirse y desactivarse, evitando un arranque innecesario de la turbina de gas. Si la generación renovable no regresara rápidamente, las baterías continuarían proporcionando 80 MW a la red, así como también la energía para poner en marcha la turbina de gas. Luego, la turbina de gas arrancaría normalmente y aumentaría hasta la máxima potencia. A medida que la turbina de gas aumenta, la salida de la batería disminuiría para mantener una entrega constante de 80 MW a la red. A medida que la turbina de vapor pasa por un arranque normal y un arranque a plena carga, la salida de la batería se reduciría aún más hasta que la planta de ciclo combinado entregara los 80 MW completos (Figura 2). La planta podría entonces operar en modo de ciclo combinado hasta que el suministro renovable aumentara o la demanda disminuyera.

Figura 2. Secuencia de eventos. Inicialmente, el sistema de batería suministra la salida necesaria de la planta, dándole el tiempo necesario a la turbina de gas para subir la carga completa y poner en marcha la turbina de vapor en modo de ciclo combinado.

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SIESTART  Generación de energía con valor

Además de los beneficios intrínsecos mencionados anteriormente, SIESTART ofrece beneficios adicionales que no son posibles con dos soluciones separadas.

Estos a menudo se pueden monetizar en diferentes mercados energéticos. Por ejemplo:

  • Reserva. SIESTART puede entregar la capacidad de las baterías de manera instantánea, y esa energía puede continuar hasta que la central de generación con turbinas de gas alcance su capacidad máxima. En otras palabras, con el tamaño adecuado, la producción total de la planta se puede entregar en menos de un segundo, por lo que se puede ofrecer la producción total de la planta como reserva .
  • Decisión. SIESTART le da a una central la capacidad de consumir energía si la red tiene un superávit, lo que potencialmente hace que el consumo de energía se haga más rentable, y luego vender la energía a la red cuando la demanda aumenta y los precios de la energía se vuelven más lucrativos.
  • Almacenamiento de energía. Muchas locaciones ofrecen beneficios, o incluso normas para sistemas de almacenamiento de energía. SIESTART (en una nueva unidad o en una actualización) puede permitir las necesidades puntuales.
  • Blackstart. Una central con turbinas de gas y SIESTART se puede habilitar como una planta de arranque desde cero, lo que permite ingresos adicionales y compensar operaciones de motores ineficientes.
  • Picos de demanda. Agregar SIESTART a una turbina de gas proporciona un «impulso» adicional de salida de las baterías cuando la red (o carga) más lo necesita, lo que permite a la planta aprovechar al máximo la potencia en picos de alto valor.
  • Mercado del día anterior. Las baterías SIESTART se pueden usar para proporcionar potencia de salida adicional a la producción de la turbina de gas. Esta potencia se puede vender de la misma manera que cualquier otro megavatio.
  • Mercado en tiempo real. La producción de una central eléctrica SIESTART puede incrementarse y disminuirse instantáneamente para seguir la carga o los precios del mercado.
  • Disponibilidad. La salida de la planta de SIESTART (central de energía de turbina de gas más baterías) puede comprometerse completamente en cualquier momento, ya que la salida de la batería no depende del tiempo ni del clima.
    La aplicabilidad del mercado se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Aprovechando el sistema. Al combinar el almacenamiento por batería con la tecnología de turbinas de gas, el híbrido SIESTART captura beneficios intensificados.

Más allá del mercado de la energía

Las tecnologías de almacenamiento de energía han visto avances considerables en todos los ámbitos. Sin embargo, de todas estas tecnologías, la solución SIESTART podría tener el impacto más profundo en la industria. SIESTART tiene aplicaciones que van mucho más allá del mercado de la energía, especialmente en lugares donde la respuesta se mide en segundos en lugar de minutos. Para cargas críticas, como hospitales y centros de datos, SIESTART puede ofrecer la respuesta instantánea de una batería con la confiabilidad y durabilidad de una turbina de gas. Las centrales eléctricas de cualquier tamaño (ciclo combinado o ciclo simple), cualquier turbina de gas y cualquier mercado de energía (o demanda de energía) se pueden beneficiar de esta solución.

A medida que el costo de los recursos cambia, los requisitos ambientales evolucionan y las nuevas tecnologías se introducen en el mercado, se puede esperar que la diversidad de la oferta y la demanda de generación de energía se amplíen. La única constante a lo largo de este cambio es que los generadores deben ser lo más flexible posible.

Para habilitar la confiabilidad, estabilidad de la red de generación de energía que las cargas y los clientes requieren, las soluciones que integran efectivamente diversas tecnologías y demandas son críticas y necesarias. La solución  SIESTART de Siemens, que combina SIESTORAGE con una planta flexible de ciclo simple o combinado, da como resultado una central eléctrica más capaz y flexible que cualquiera de las soluciones por separado. Esto permite a los clientes adaptarse a los requerimientos de los sistemas energéticos del futuro. Con alta eficiencia de carga base, capacidad de cambio de carga rápida y respuesta instantánea, SIESTART ha redefinido la flexibilidad de la planta de energía.