Almacenamiento: Las señales de una alternativa prometedora

La aceleración de los proyectos de energía renovable variable en la zona norte y el plan de retiro de centrales a carbón, están creando una oportunidad importante para el desarrollo de los sistemas de almacenamiento.

Daniela Tapia

Fuente: Revista Nueva Minería y Energía – Noviembre 2020

Caracterizada por la alta penetración de energías renovables en los últimos 10 años, la transición energética chilena ha tenido diversos impactos, entre ellos la reducción de costos de producir electricidad, diversificación de la matriz energética, entre otros. Pero esto implica crecientes desafíos para los operadores del sistema eléctrico, porque es necesario gestionar la variabilidad instantánea del recurso eólico, así como las rampas de subida y bajada de la generación solar. Es por esto que los sistemas de almacenamiento se han convertido en una herramienta útil y eficiente. Así lo señaló hace un tiempo la vicepresidenta de ACERA, Paola Hartung, a través de una columna de opinión.

Las razones se basan en su rápida respuesta y adaptación, comparativamente con las actuales opciones, a cambios repentinos o programados de la combinación de oferta y demanda del sistema eléctrico. Esta característica de adaptación es la que se denomina “atributo de flexibilidad”. “Por esto es cada vez más común encontrar nuevos proyectos que integran desde su origen sistemas de almacenamiento, complementando a las centrales renovables”, afirmó la ejecutiva en el texto. Varios son los tipos de sistemas de almacenamiento que existen. Los más importantes por su presencia en los sistemas eléctricos son los almacenamientos hidráulicos o pumped storage, donde existen cerca de 9.000 GWh de almacenamiento de este tipo de tecnología

Luego destacan las baterías electroquímicas, que son las más conocidas. De este tipo las más familiares son plomo-ácido, e ion litio que se usan en diversas aplicaciones. Y con usos menos extendidos están los volantes de inercia, los supercondensadores y el aire comprimido. “Un tipo de almacenamiento que creo dará que hablar es el sistema electrolizador-celda de combustible. Dependiendo de los precios relativos de tecnología de hidrógeno, estos sistemas de seguro podrán proveer de almacenamiento con una salida intermedia en forma de hidrógeno”, comenta el profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la U. de Santiago, Héctor Chávez. Considerando las ventajas y desventajas de estas alternativas de sistemas de almacenamiento, uno de los aspectos fundamentales que permiten la integración efectiva de estas unidades al sistema eléctrico es la interfaz de electrónica de potencia. “Esta interfaz es la pieza clave para lograr la correcta operación del sistema, y en este sentido, se están realizando importantes desarrollos e innovaciones en las topologías que pueden integrar esta interfaz”, indica Ricardo Lizana, académico de Ingeniería Civil Eléctrica de la Universidad Católica de la Santísima Concepción.

¿En qué estamos en Chile? Según Rodrigo Jiménez, gerente general de Systep Ingeniería y Diseños, los sistemas de almacenamiento eléctrico han tenido hasta ahora un rol secundario en el país. Por ejemplo, en la subestación Andes se instaló en 2009 el primer BESS (Battery Energy Storage System) para proporcionar reserva en giro y maximizar las inyecciones de energía de las centrales de su propietario, instalándose otros BESS en 2011 y 2016, y en el corto plazo se instalará otro en la central Andes. “Sin embargo, aún no existen sistemas de almacenamiento que operen de manera independiente, siendo el primer intento el proyecto Valhalla con una central de bombeo la que se viene promocionando desde 2016. Aunque destacan los proyectos Andes Solar II-B y Campo Lindo, de AES Gener, los que combinan 253 MW de renovables con 112 MW de baterías, que de concretarse, serían un hito para el almacenamiento en Chile”, añade Jiménez.

En tanto, en el ámbito de la transmisión se dio un primer intento de incorporar un sistema de almacenamiento en el proceso de expansión 2017. Pero ello culminó en un retiro de la propuesta de obra, debido a una falta de consenso.

REGULACIÓN EN LA MIRA

Actualmente la normativa 20.936 reconoce legalmente el almacenamiento en el sistema eléctrico. Así, fue en 2016 cuando el gobierno inició su trabajo regulatorio al emitir un reglamento para la operación de centrales de bombeo. El proceso de trabajo continuó al año siguiente con una propuesta de reglamento de potencia, que incluía a los sistemas de almacenamiento y sus distintas categorías. Sin embargo, éste fue retirado tras el proceso de recepción de observaciones durante su consulta pública. Por otra parte, en marzo de 2019, con el reglamento de servicios complementarios se emitió el primer texto legal, que incluye a los sistemas de almacenamiento en todas sus categorías, seguido por el reglamento de coordinación y operación en diciembre del mismo año. “Lo anterior constituyó un primer marco legal para que los sistemas de almacenamiento operen en los mercados de energía y servicios complementarios. De manera similar, actualmente se encuentra una modificación al reglamento de potencia en la Contraloría General de la República, para integrar a los sistemas de almacenamiento en el mercado de potencia”, sostiene el ejecutivo. Pero, según expertos, faltan definiciones más específicas. Para el consultor de Inodú, Jorge Moreno, la Estrategia de Flexibilidad que publicó el Ministerio de Energía en septiembre, definió un plan de trabajo para mejorar diversos aspectos asociados a la regulación que afecta a los sistemas de almacenamiento. “Por el momento, la regulación que se cuenta en Chile es relativamente incompleta. Se está trabajando para dar más certeza a los interesados en el desarrollo de estos sistemas, tanto en aspectos de retribución de capacidad como en la forma en que estos sistemas serán operados en el mercado de la energía”, plantea el especialista. Este punto de vista es compartido por el académico de la U. de Santiago, quien agrega que no existe un reconocimiento de la contribución a la suficiencia del sistema que sea remunerada. “Tampoco se ha avanzado hacia la co-optimización de energía y reservas para obtener precios, según los costos u ofertas declaradas en contraste con el sistema de subastas, ni hacia despachos más granulares para capturar la necesidad intradespacho de flexibilidad, que puede ser satisfecho por sistemas de almacenamiento”, dice el docente.

Jiménez, por su parte, también manifiesta que quedan otros avances por realizar, especialmente en el ámbito de las normas técnicas, dado el vacío que hay para los sistemas de almacenamiento.

UN FUTURO ÓPTIMO

¿Qué se proyecta para esta alternativa de desarrollo energético? El factor más determinante a la hora de propiciar la entrada masiva de sistemas de almacenamiento son los costos de inversión, los cuales han ido descendiendo, y de continuar, los sistemas de baterías o bombeo serán cada vez más competitivos. De hecho, desde 2017 el costo de desarrollo de las baterías de litio se ha reducido de 282 USD/MWh a 132 USD/ MWh (inversión más compra de energía). “Esto presenta un buen antecedente y fija expectativas para el futuro, convirtiéndose en la tecnología de almacenamiento con más desarrollo en la actualidad. A esto se suman otras tecnologías, como hidrógeno o aire comprimido, cuyos desarrollos han sido más tardíos”, comenta Rodrigo Jiménez, de Systep.

Mientras que para Héctor Chávez, una aplicación prometedora es el servicio complementario de rampa flexible (que no existe en Chile), el cual consiste en reservas para evitar que las restricciones de rampa (sobre todo, durante las rampas solares) deriven en el despacho de diésel u otro tipo de generación de alto costo. “Estos servicios de rampa flexible requieren de respuesta rápida y, dependiendo de cómo se establecen las reglas de precios, puede ofrecer remuneración atractiva para el uso de almacenamiento”, determina el profesor universitario. Así las cosas, la aceleración de proyectos de energía renovable variable en la zona norte, el plan de retiro de centrales a carbón, además de la presión por retirar nuevas unidades, están creando una oportunidad importante para el desarrollo de los sistemas de almacenamiento. “También en la medida que se aumenta el mercado de clientes libres, puede haber oportunidades de desarrollo de sistemas de almacenamiento en clientes libres. De esa forma podrán tener más control sobre los retiros de energía y potencia del sistema”, asegura Jorge Moreno, de la consultora Inodú.

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The acceleration of variable renewable energy projects in the north and the planned retirement of coal-fired power plants are creating an important opportunity for the development of storage systems.

Daniela Tapia

Source: Nueva Minería y Energía Magazine – November 2020

Characterized by the high penetration of renewable energies in the last 10 years, the Chilean energy transition has had several impacts, including the reduction of electricity production costs, diversification of the energy matrix, among others. But this implies increasing challenges for power system operators, because it is necessary to manage the instantaneous variability of the wind resource, as well as the ramp-up and ramp-down of solar generation. This is why storage systems have become a useful and efficient tool. This was pointed out some time ago by ACERA’s vice-president, Paola Hartung, in an opinion column.

The reasons are based on their rapid response and adaptation, compared to current options, to sudden or programmed changes in the supply and demand mix of the electricity system. This adaptive characteristic is referred to as the “flexibility attribute”. “This is why it is increasingly common to find new projects that integrate storage systems from their origin, complementing renewable power plants,” said the executive in the text. There are several types of storage systems. The most important ones in terms of their presence in the electricity systems are hydraulic or pumped storage, where there are about 9,000 GWh of storage of this type of technology.

Then there are electrochemical batteries, which are the best known. Of this type, the most familiar are lead-acid and lithium-ion, which are used in various applications. And with less widespread uses are flywheels, supercapacitors and compressed air. “One type of storage that I think will be talked about is the electrolyzer-fuel cell system. Depending on the relative prices of hydrogen technology, these systems will certainly be able to provide storage with an intermediate output in the form of hydrogen,” says Hector Chavez, associate professor in the Department of Electrical Engineering at the U. de Santiago. Considering the advantages and disadvantages of these alternative storage systems, one of the fundamental aspects that allow the effective integration of these units into the electrical system is the power electronics interface. “This interface is the key piece to achieve the correct operation of the system, and in this sense, important developments and innovations are being made in the topologies that can integrate this interface,” says Ricardo Lizana, an academic of Civil Electrical Engineering at the Universidad Católica de la Santísima Concepción.

Where are we in Chile? According to Rodrigo Jiménez, general manager of Systep Ingeniería y Diseños, electrical storage systems have so far played a secondary role in the country. For example, the first BESS (Battery Energy Storage System) was installed at the Andes substation in 2009 to provide spinning reserve and maximize the power injections of its owner’s power plants, and other BESSs were installed in 2011 and 2016, and another one will be installed at the Andes power plant in the short term. “However, there are still no storage systems that operate independently, the first attempt being the Valhalla project with a pumped-storage plant that has been promoted since 2016. Although the Andes Solar II-B and Campo Lindo projects of AES Gener stand out, which combine 253 MW of renewables with 112 MW of batteries, which, if realized, would be a milestone for storage in Chile,” adds Jiménez.

Meanwhile, in the transmission area, there was a first attempt to incorporate a storage system in the 2017 expansion process. But this culminated in a withdrawal of the work proposal, due to a lack of consensus.

REGULATION IN THE SPOTLIGHT

Currently, regulation 20.936 legally recognizes storage in the electric system. Thus, it was in 2016 that the government began its regulatory work by issuing a regulation for the operation of pumped-storage power plants. The work process continued the following year with a proposal for a power regulation, which included storage systems and their different categories. However, it was withdrawn after the process of receiving comments during its public consultation. On the other hand, in March 2019, with the regulation of complementary services, the first legal text was issued, which includes storage systems in all their categories, followed by the regulation of coordination and operation in December of the same year. “This was the first legal framework for storage systems to operate in the energy and complementary services markets. Similarly, an amendment to the power regulation is currently before the Office of the Comptroller General of the Republic, to integrate storage systems into the power market”, says the executive. But, according to experts, more specific definitions are lacking. For Inodú’s consultant, Jorge Moreno, the Flexibility Strategy published by the Ministry of Energy in September defined a work plan to improve various aspects associated with the regulation affecting storage systems. “At the moment, the regulation in Chile is relatively incomplete. Work is being done to give more certainty to those interested in the development of these systems, both in terms of capacity retribution and the way in which these systems will be operated in the energy market”, says the specialist. This point of view is shared by the academic from the University of Santiago, who adds that there is no recognition of the contribution to the sufficiency of the system that is remunerated. “Neither has there been progress towards co-optimization of energy and reserves to obtain prices, according to costs or declared bids in contrast to the auction system, nor towards more granular dispatches to capture the intra-dispatch need for flexibility, which can be satisfied by storage systems,” says the professor.

Jiménez, for his part, also states that there are other advances to be made, especially in the area of technical standards, given the gap that exists for storage systems.

AN OPTIMAL FUTURE

What is planned for this energy development alternative? The most decisive factor in favoring the massive entry of storage systems is the investment costs, which have been falling, and if they continue, battery or pumped storage systems will become increasingly competitive. In fact, since 2017 the development cost of lithium batteries has been reduced from USD 282/MWh to USD 132/ MWh (investment plus power purchase). “This is a good precedent and sets expectations for the future, making it the most developed storage technology at present. This is in addition to other technologies, such as hydrogen or compressed air, which have been developed later”, says Rodrigo Jiménez, from Systep.

For Héctor Chávez, a promising application is the complementary flexible ramp service (which does not exist in Chile), which consists of reserves to prevent ramp restrictions (especially during solar ramps) from resulting in the dispatch of diesel or other high-cost generation. “These flexible ramp services require quick response and, depending on how the pricing rules are set, can offer attractive remuneration for storage usage,” the university professor determines. Thus, the acceleration of variable renewable energy projects in the north, the retirement plan for coal-fired power plants, in addition to the pressure to retire new units, are creating an important opportunity for the development of storage systems. “Also, as the market of free customers increases, there may be opportunities for the development of storage systems in free customers. That way they will be able to have more control over energy and power withdrawals from the system,” says Jorge Moreno, of the consulting firm Inodú.