El informe técnico de Cummins comparte los conceptos clave detrás de BESS

A medida que el panorama energético mundial se orienta hacia las energías renovables, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se están consolidando en diversas áreas. En obras y aplicaciones comerciales e industriales, ofrecen energía limpia y sin emisiones, a la vez que evitan otro tipo de emisiones: el ruido.

“Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se han convertido en una tecnología clave en la gestión energética moderna, ofreciendo una solución a la intermitencia de las fuentes de energía renovables y mejorando la estabilidad de la red”, afirmó Hassan Obeid, líder técnico global de ventas de New Energy Solutions en Cummins. Obeid redactó un nuevo informe técnico titulado “Sistemas de almacenamiento de energía en baterías: Conceptos y aplicaciones clave”. En él, Obeid explicó qué son los BESS, cómo funcionan y cómo se pueden aplicar eficazmente.

Jerarquía de componentes

Si bien un BESS puede parecerse a una caja simple, Obeid dijo que numerosos componentes están integrados dentro de esa caja de formas complejas para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente.

Imagen: malp vía Adobe Stock

“Cada componente desempeña un papel fundamental en la funcionalidad y el rendimiento general del sistema”, afirmó. “Comprender estos componentes clave es esencial para comprender el funcionamiento de los BESS y sus diversas ventajas”.

Como era de esperar, cada BESS contiene celdas de batería. Estas sirven como unidades fundamentales de energía para el sistema.

“Las celdas se agrupan en módulos para facilitar su manejo y gestión”, explicó Obeid. “Luego, se ensamblan varios módulos en bastidores para lograr una configuración más estructurada y eficiente”.

Al igual que muchos vehículos eléctricos, los BESS también cuentan con sistemas de gestión de baterías (BMS). Obeid explicó que el BMS gestiona cada nivel de la jerarquía de componentes.

A nivel de celda de la batería, por ejemplo, explicó que el BMS realiza varias tareas. Estas incluyen la monitorización del voltaje y la temperatura, así como el equilibrio de carga y descarga. El BMS también estima el estado de carga (SoC), al que Obeid llamó "el equivalente a un indicador de carga de una batería". El SoC indica cuánta energía está disponible en la batería en un momento dado como porcentaje de su capacidad total, explicó. El BMS también monitoriza el estado de salud (SoH) de las baterías, que mide su vida útil.

Subiendo un nivel jerárquico hasta los módulos de batería, el BMS monitoriza el estado de cada módulo, explicó Obeid. Esto incluye la gestión térmica para garantizar que los sistemas de calefacción y refrigeración mantengan las temperaturas dentro de un rango óptimo. También gestiona cualquier fallo que pueda ocurrir. Finalmente, facilita la comunicación entre las celdas y el rack.

A nivel de rack, Obeid identificó varias responsabilidades clave para el BMS. Este se encarga de la integración de sistemas y la gestión de la carga, por ejemplo, y gestiona la energía para optimizar el almacenamiento y los usos. En este nivel, el BMS también es responsable de implementar protocolos de seguridad, incluyendo paradas de emergencia. Finalmente, señaló que el BMS gestiona la comunicación con sistemas externos al BESS, como los utilizados por una instalación o la red eléctrica.

Otros componentes BESS identificados por Obeid incluyen los sistemas de conversión de energía (PCS), que convierten la corriente continua (CC) de la batería en corriente alterna (CA) mediante inversores y rectificadores. Estos sistemas realizan la conversión en sentido inverso durante la carga.

También existe un sistema de control BESS, que "sirve como eje central que integra el BESS con otras partes del sistema", explicó Obeid. Estas incluyen la red eléctrica, la microrred y otros recursos energéticos distribuidos.

Algunos BESS también pueden incluir un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI). «Este complemento proporciona energía de respaldo para mantener las funciones críticas y permite que el sistema se reinicie de forma independiente», afirmó Obeid.

Capacidades y limitaciones

Como con cualquier tipo de equipo, es importante poder comprender los límites de un BESS, así como tener los medios para determinar cómo funciona a lo largo del tiempo.

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) compuesto por varios módulos de baterías de litio colocados uno junto al otro. (Imagen: malp vía Adobe Stock)

Para estos fines, Obeid dijo que cada BESS tiene una capacidad de potencia nominal y una capacidad de energía.

Denominó capacidad de potencia nominal a la capacidad total de descarga instantánea posible del BESS o la velocidad máxima de descarga desde un estado de carga completa. Se describe en kW o MW.

En comparación, la capacidad energética “es la cantidad máxima de energía almacenada o consumida en kWh o MWh”, dijo Obeid.

Añadió que es crucial comprender la diferencia entre kW/MW y kWh/MWh. «Conocer la diferencia es esencial para evaluar con precisión las necesidades energéticas, la capacidad del sistema, el dimensionamiento, las aplicaciones y los costos operativos», afirmó Obeid. «También ayuda a tomar decisiones informadas sobre el uso de la energía, la eficiencia y la sostenibilidad».

Usando kW y kWh como ejemplos, Obeid dijo que kW es una unidad de potencia, mientras que kWh es una unidad de energía.

En cuanto a los kW, explicó que «indica la velocidad con la que se consume la energía en un momento dado», y añadió que un sistema de 10 kW puede suministrar 10 kW de potencia al instante. Se trata de la velocidad del flujo de energía que entra o sale de un BESS.

“El kilovatio-hora (kWh) es una unidad de energía”, explicó Obeid, “que representa la cantidad total de energía consumida o generada a lo largo del tiempo. Indica el consumo o la producción acumulada de energía”. Por ejemplo, explicó que un sistema de 10 kW funcionando durante una hora consumirá o generará 10 kWh de energía.

Entendiendo la tasa C

Un aspecto del BESS se conoce como tasa C, también descrita como duración de almacenamiento y tasa de carga/descarga.

“La tasa C mide la velocidad a la que se descarga una batería en relación con su capacidad máxima”, explicó Obeid. “Se define como el inverso del tiempo (en horas) necesario para descargar completamente la batería”.

Como ejemplos, Obeid dijo que un BESS con una tasa C de 1C se cargará o descargará completamente en una hora, porque 1/1 (el recíproco de 1) es igual a 1. Sin embargo, una tasa C de 0,5C significa una tasa de carga/descarga de 2 horas, porque 1/0,5 es igual a 2.

Dijo que la gestión de la tasa C garantiza una operación segura del BESS y una vida útil más larga.

“Las baterías con una tasa C baja tardan más en cargarse”, dijo Obeid, “pero pueden proporcionar energía durante un período prolongado. Por el contrario, las baterías con una tasa C alta pueden suministrar una corriente elevada rápidamente, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de alta potencia y corta duración, como la regulación de la frecuencia de la red eléctrica. Sin embargo, no pueden mantener esta potencia de salida durante tanto tiempo como las baterías con una tasa C más baja”.

Como ejemplo, Obeid dijo que una batería con una tasa C de 5C puede proporcionar cinco veces su potencia nominal, pero sólo durante 12 minutos (1/5 de 60 minutos son 12 minutos).

Los BESS con tasas de C más bajas se utilizan a menudo en aplicaciones energéticas, ya que proporcionan un suministro de energía constante y prolongado. En cambio, las aplicaciones de potencia suelen requerir tasas de C más altas (1 C o superiores) porque pueden proporcionar picos de potencia rápidos.

Obeid agregó que si bien la tasa C se puede reducir, no puede exceder la capacidad nominal del BESS.

“Por ejemplo, si un sistema tiene una clasificación de 1 °C, se puede cargar o descargar a valores de C más bajos, como 0,5 °C o 0,25 °C”, dijo, “pero no puede funcionar a valores de C más altos, como 2 °C o 3 °C.

BESS ayuda a la descarbonización de grúas torre y lugares de trabajo Conocido como Enertainer, una combinación de “energía” y “contenedor”, el BESS almacena suficiente energía para abordar los picos de energía que necesitan hasta tres grúas torre.

Otro contratista del Reino Unido adopta BESS para grúas torre y sitios de construcción Bowmer & Kirkland ha adoptado BESS como su solución de energía preferida para grúas y ha descubierto que solo se necesita un único BESS para alimentar de manera efectiva un sitio de construcción completo.