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Participamos en un proyecto para integrar más renovables mediante almacenamiento híbrido de energía
La transición energética hacia una situación con el máximo porcentaje de generación a partir de fuentes de energía renovables es uno de los grandes objetivos hacia donde van enfocadas muchas líneas de investigación dentro del CIEMAT. El almacenamiento de energía es una de ellas.
Muchas de estas líneas pasan por asegurar que las redes eléctricas a las que van integradas las plantas de generación renovable mantengan su estabilidad, a pesar de la falta de gestionabilidad de este tipo de fuentes de energía. Una de las herramientas para garantizar esto es la inclusión de sistemas de almacenamiento de energía que garanticen el balance entre potencia generada y consumida, y por tanto la estabilidad de los sistemas eléctricos. Hoy en día vemos muchas tecnologías, como la de las baterías de ion-litio, que están teniendo un despliegue importante en las aplicaciones de red, así como otras que lo tendrán en un futuro cercano, cuando se defina un mercado eléctrico donde el almacenamiento tenga acceso a distintos modelos de negocio. No obstante, de entre las tecnologías de almacenamiento de energía, la que actualmente proporciona niveles de potencia y energía suficientes son las centrales hidroeléctricas de bombeo (hidrobombeo). Aunque es una tecnología totalmente madura, no presenta unas características totalmente adecuadas para el tipo de respuesta que requiere un sistema de generación con alta presencia de renovables, tales como la falta de una respuesta dinámica rápida en plantas de alta potencia o una degradación acelerada de componentes mecánicos por el hecho de trabajar en distintos puntos de carga.
A través de la Unidad de Accionamientos Eléctricos del Departamento de Tecnología, trabajamos en resolver este problema dentro del proyecto denominado HYBRIDHYDRO (TED2021-132794A-C22), perteneciente a la convocatoria del MCIN de Proyectos de Transición Ecológica y Transición Digital 2021. Este proyecto que comenzó en 2023 y que finalizará en 2025, está financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea "NextGenerationEU"/PRTR y está coordinado por la Universidad Politécnica de Madrid y el CIEMAT.
El proyecto HYBRIDHYDRO analiza la utilización de tecnologías de almacenamiento adicionales, en concreto baterías de ion-litio y supercondensadores, como complemento a plantas de hidro bombeo, operando la planta híbrida de manera que los supercondensadores contribuyan a reducir el envejecimiento por ciclado en las baterías, y estas reduzcan el desgaste mecánico que sufre el hidro bombeo.
Los ensayos experimentales necesarios para llevar a cabo los análisis y estudios del proyecto se están realizando en el laboratorio de la Unidad de Accionamientos Eléctricos, el cual cuenta con prototipos industriales de baterías de ion-litio (736V y 70kWh), de supercondensadores (691V y 768Wh) y de cargas controlables (50kW), entre otros dispositivos (ver Fig. 2 y Fig. 3). Estos equipos están conectados a la red eléctrica mediante convertidores electrónicos de potencia, pudiendo imponer la potencia de carga/descarga deseada en cada uno de ellos en función de cómo se quiera operar la planta híbrida. Además, el laboratorio cuenta con varias plataformas HIL (Hardware-In-the-Loop) integradas en la instalación de laboratorio en las que se emula el comportamiento en tiempo real de diferentes sistemas, como es el caso de la planta de hidro bombeo. La instalación completa se gobierna desde una plataforma de control centralizada, la cual se comunica con el resto de los equipos (ver Fig. 1).
Los equipos que se van a utilizar en HYBRIDHYDRO ya han sido modelados, caracterizados y validados mediante ensayos de laboratorio. Además, y dado que la respuesta dinámica es clave en el proyecto para reducir el desgaste del hidro bombeo, se ha realizado un análisis detallado del tiempo de respuesta de las baterías de ion-litio y de los supercondensadores. En los próximos meses se empezarán a realizar ensayos de control y operación híbrida de la instalación, así como los posteriores análisis de envejecimiento de baterías de ion-litio y desgaste del hidro bombeo. Con estos ensayos se espera observar que la operación conjunta de los tres sistemas es capaz de mejorar tecno-económicamente la operación del hidro bombeo, reduciendo el desgaste y mejorando sus prestaciones, y permitiendo a la planta híbrida aumentar su participación en los mercados eléctricos.