Maximización del potencial de las baterías de iones de litio para aplicaciones en redes eléctricas

Un nuevo estudio de la Universidad de Vaasa en Finlandia presenta un enfoque notable para optimizar el uso de sistemas de almacenamiento de energía de baterías de iones de litio en aplicaciones de redes eléctricas.

Los sistemas energéticos modernos se están adaptando para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero mediante la incorporación de fuentes de energía renovable (RES), como las tecnologías de energía solar y eólica. El problema es la naturaleza intermitente de estas fuentes, lo que plantea un serio desafío para la estabilidad de la red. Para superar esto, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías se están convirtiendo en una solución clave. En particular, los sistemas de almacenamiento de energía en forma de baterías de iones de litio (Li-ion BESS) se adoptaron rápidamente como fuente de energía flexible.

“Los BESS de iones de litio se utilizan ampliamente en la actualidad principalmente debido a sus excelentes características técnicas y costos decrecientes. Sin embargo, su eficiencia no es lineal, lo que hace que determinar su ventana operativa en el campo sea un desafío. Además, las condiciones operativas del entorno también afectan su rendimiento, lo que aumenta la complejidad”, explica Chethan Parthasarathy.

Las características no lineales de las baterías de iones de litio BESS, que se ven afectadas además por parámetros como el estado de carga, la temperatura, la profundidad de descarga, la tasa de carga/descarga y las condiciones de envejecimiento de la batería, han dificultado tradicionalmente el uso eficiente y económico de estas baterías. , lo que a menudo conduce a la infrautilización y al sobredimensionamiento. La investigación doctoral de Chethan Parthasarathy en la Universidad de Vaasa aborda estos problemas mediante el desarrollo de modelos precisos de rendimiento y envejecimiento de la batería e integrándolos en su marco de control.

Una de las principales contribuciones de su tesis doctoral es el desarrollo de nuevos métodos de control adaptativo para aplicaciones de red. Permiten un uso óptimo de las baterías de iones de litio BESS, asegurando que sus umbrales de rendimiento se mantengan siempre, evitando así el desgaste excesivo o por defecto de los sistemas de baterías. También apoyan una mayor penetración de RES y ayudan a mantener la estabilidad de la red eléctrica.

“Mi principal logro fue incorporar modelos de batería precisos para la integración de baterías en entornos de simulación de sistemas de energía. El desarrollo de tales modelos de baterías es un proceso complejo que implica extensas pruebas y caracterizaciones experimentales en un entorno de laboratorio controlado. En última instancia, esto condujo a la creación de un nuevo laboratorio de pruebas de celdas de batería en la Universidad de Vaasa”, dice Parthasarathy.

Mejora del control de iones de litio BESS y métodos de prueba técnicos y económicos.

La disertación de Parthasarathy también enfatiza la incorporación de la dinámica de degradación del envejecimiento de BESS de iones de litio en sus topologías de control. Este enfoque permite el ajuste en tiempo real de la energía y la potencia de salida para minimizar la degradación y, por lo tanto, prolongar la vida útil de las baterías de iones de litio BESS.

“Esto no solo mejora la vida útil de la batería, sino que también mejora la comprensión de su viabilidad económica en las aplicaciones de la red eléctrica”, explica Parthasarathy.

Las contribuciones técnicas de la disertación incluyen el diseño de una arquitectura de control específica de la red para los esquemas de gestión activa de la red (ANM), el desarrollo de modelos de batería precisos para los estudios de integración de la red de iones de litio BESS, métodos mejorados de modelado de simulación del sistema de energía y el mapeo de requerido parámetros de la batería para el diseño de control avanzado. La disertación también presenta el control adaptativo teniendo en cuenta el envejecimiento de los BESS de iones de litio, lo que permite simulaciones ANM y estudios técnicos y económicos.