Proyecto de almacenamiento de energía Tehachapi


El Proyecto de almacenamiento de energía de Tehachapi ( TSP ) es un sistema de almacenamiento de energía de red basado en baterías de iones de litio en la subestación Monolith de Southern California Edison (SCE) en Tehachapi, California . En el momento de la puesta en servicio en 2014, era el sistema de batería de iones de litio más grande que operaba en América del Norte y uno de los más grandes del mundo. [1] [2] [3] [4] El sistema TSP puede suministrar 32 megavatios-hora de energía, a una velocidad máxima de 8 megavatios . Esto es suficiente para alimentar entre 1.600 y 2.400 hogares durante cuatro horas. [5]Se considera que TSP es un pionero del almacenamiento de energía moderno con logros significativos que han demostrado la viabilidad del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos utilizando tecnología de iones de litio. [6] Aunque originalmente se concibió como un proyecto de investigación y desarrollo , [7] TSP continúa operando hoy como un recurso a nivel de distribución para SCE y para el año calendario 2020, SCE informó que TSP operaba en el mercado de energía mayorista con ingresos superiores a los de operación y mantenimiento. costos. [8] [9]

En un paso de montaña ventoso en el borde del desierto de Mojave, la colección de baterías más potente de América del Norte que se usa para almacenar energía no utilizada está tarareando su camino hacia una revolución eléctrica. [10]

Whitney McFerron, Bloomberg

En mayo de 2013, Southern California Edison adjudicó el contrato TSP a un consorcio liderado por LG Chem , la división de baterías del conglomerado industrial surcoreano LG Corporation . LG Chem suministró los sistemas de baterías, mientras que ABB Group suministró los inversores y LG CNS proporcionó el apoyo de ingeniería y construcción. [4]

El sistema TSP fue uno de los primeros en demostrar el ensamblaje de una gran cantidad de baterías de iones de litio en un solo sistema del orden de megavatios de potencia y decenas de megavatios-hora de energía para proporcionar soporte a la red eléctrica . El proyecto utiliza baterías de grado para vehículos eléctricos y demuestra las sinergias entre baterías para los sectores de la red eléctrica y automotriz. [11] Durante 2009 a 2014, se encargaron más de 120 proyectos de almacenamiento de energía en la red, lo que marcó un punto de inflexión significativo para las baterías de la red. [12] El sistema TSP tuvo un papel importante en esto como un gran sistema propiedad de la empresa de servicios públicos que proporciona múltiples servicios de energía utilizando productos disponibles comercialmente. [12]

El sistema TSP fue diseñado y evaluado utilizando un enfoque basado en aplicaciones. [13] El almacenamiento de energía para los parques eólicos en Tehachapi Pass [14] se ha estudiado ampliamente antes, incluidos los impactos del almacenamiento de energía en la subestación Monolith. [15] Como describe Edison International , empresa matriz de Southern California Edison (SCE), existe un interés continuo en el almacenamiento de energía de las empresas de servicios públicos , junto con la visión de que habrá innovaciones técnicas para ayudar a administrar la red de una manera más eficiente. y de manera confiable. [dieciséis]

La historia de la actividad sísmica en el condado de Kern , [17] incluido el daño a las estructuras de la subestación , [18] creó algunos requisitos de diseño del sistema desafiantes, como tener los bastidores de baterías poblados diseñados y probados para cumplir con IEEE 693-2005 , Práctica recomendada para el diseño sísmico de recomendaciones de Subestaciones . [19] [20] Desde su puesta en servicio en 2014, el área ha experimentado no solo actividad sísmica , [21] sino también inundaciones repentinas y deslizamientos de tierra posteriores . [22]

Una lección clave aprendida es la importancia de las pruebas de subescala por parte de la empresa de servicios eléctricos antes de la implementación completa del sistema para que los controles y características de seguridad y operación puedan evaluarse por completo. [23] [24] Este fue el primer uso conocido de un sistema de subescala por una entidad que no sea un fabricante o integrador para facilitar las pruebas a gran escala, la puesta en servicio y las operaciones en curso. [6] El plan de prueba del minisistema incluía dos fases:

  1. Realizar pruebas de seguridad sobre el comportamiento esperado de las baterías y el sistema de gestión de baterías durante las interrupciones en las rutas de comunicación durante el inicio y el funcionamiento del sistema y
  2. Realizar pruebas de aceptación del sistema en el minisistema para verificar el funcionamiento correcto de los algoritmos de control, los modos de prueba y la respuesta del sistema antes de realizar las mismas pruebas en todo el sistema. [6]

El minisistema original brindó a los ingenieros soporte para el arranque y la puesta en servicio completos del sistema, pero, con solo una sección de batería y una línea de inversor, los ingenieros no pudieron probar el funcionamiento del sistema en el laboratorio, como la línea de múltiples inversores y la sección de batería. como controles de equilibrio entre secciones, operación de múltiples inversores y operación simétrica y asimétrica de las alineaciones de inversores. [6] Para parecerse más al sistema completo, el minisistema se amplió en diciembre de 2015 para incluir el doble de la cantidad de cada componente, lo que resultó en un sistema con dos controladores de inversor, líneas de inversor y secciones de batería. [6]

Mini-sistema utilizado para pruebas y evaluación de subescala

El sistema TSP está construido con 608,832 celdas de batería de iones de litio que están encerradas en 10,872 módulos de 56 celdas cada uno y luego se apilan en 604 racks. [1] [23] Un bidireccional inversor o la conversión de energía del sistema (PCS) proporciona la DC -a-- AC conversión durante la descarga de la batería y la conversión de CA a CC para cargar la batería. [23] Las baterías están ubicadas en un edificio de 6,300 pies cuadrados (590 m 2 ). [25] El sistema TSP puede suministrar 32 megavatios-hora de energía, a una velocidad máxima de 8 megavatios . Esto es suficiente para alimentar entre 1.600 y 2.400 hogares durante cuatro horas. [5] La cantidad de energía almacenada en TSP es equivalente a la almacenada en más de 2.000 vehículos eléctricos híbridos Chevrolet Volt. [26]

Dentro del Proyecto de Almacenamiento de Energía de Tehachapi durante la construcción


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Video que muestra la sala de baterías del Proyecto de Almacenamiento de Energía de Tehachapi después de la puesta en servicio

TSP es un ejemplo de almacenamiento de energía a gran escala disponible comercialmente para aplicaciones de redes eléctricas [28] y forma parte de la creciente flota de sistemas de almacenamiento de energía. [29] El despliegue de TSP ha sido parte de la base clave en el desarrollo del almacenamiento de energía en California [30] y para aumentar la confiabilidad de la red en general. [31] TSP también está proporcionando una mejor integración y oportunidades para un mejor funcionamiento de los recursos de energía renovable . [32]

En 2014, TSP fue uno de los proyectos de almacenamiento de energía a gran escala en la cola de interconexión para el Operador del Sistema Independiente de California (CAISO) con beneficios planificados que incluyen generación renovable firme, regulación de frecuencia, reservas de reemplazo de rotación y no rotación, gestión de rampas y arbitraje del precio de la energía. [33] El sistema TSP se probó utilizando ocho pruebas principales realizadas por el operador de la red o bajo el control del mercado. [34] Algunas de las lecciones aprendidas incluyeron los desafíos relacionados con la programación de cortes, los desafíos con los acuerdos de interconexión, los beneficios de las pruebas de validación de componentes en las fábricas y la preparación de planes de prueba detallados paso a paso por adelantado. [27] Tanto el proveedor de servicios públicos como el del sistema obtuvieron perspectivas y conocimientos importantes durante el diseño, la construcción, la puesta en servicio y el funcionamiento del sistema TSP. [35] [6] [19]

Para evaluar los 13 usos operativos, SCE definió ocho pruebas para medir la capacidad de TSP para responder a las siguientes necesidades o señales del sistema:

  1. Proporcionar regulación de voltaje de estado estable en el bus local Monolith de 66 kV
  2. Proporcionar regulación de voltaje de estado estable en el bus local Monolith de 66 kV mientras se realizan otras pruebas
  3. Carga durante períodos de viento fuerte y descarga durante viento bajo bajo el control del operador del sistema SCE
  4. Cargue durante los períodos de menor actividad y descargue durante los períodos de mayor actividad bajo el control del operador del sistema SCE
  5. Cargue y descargue segundos a minutos según sea necesario para suavizar la generación intermitente en respuesta a una señal en tiempo real
  6. Responda a las señales de control CAISO para proporcionar una respuesta de frecuencia
  7. Responda a las señales de control CAISO para proporcionar reservas de spin y non-spin
  8. Siga una señal de mercado de CAISO para el precio de la energía. [6]

El informe final del proyecto para el Departamento de Energía de los Estados Unidos después de la implementación del sistema concluye que TSP es un pionero en el almacenamiento de energía de hoy en día, logrando una serie de logros importantes que han demostrado la viabilidad del almacenamiento de energía a escala de servicios públicos utilizando tecnología de iones de litio. [6] Estos logros incluyen: [6]

  • El sistema de almacenamiento de energía de batería de iones de litio más grande de América del Norte en términos de capacidad energética (32 MWh) en el momento de la puesta en servicio en 2014
  • El primer sistema de almacenamiento de energía de batería en California diseñado y operado específicamente como un activo de doble uso, que respalda las funciones de transmisión y distribución de servicios públicos y opera en el competitivo mercado de energía.
  • El primer uso conocido de una subescala o minisistema por una entidad que no sea un fabricante o integrador para facilitar las pruebas, la puesta en servicio y las operaciones en curso a gran escala.
  • El primer sistema de almacenamiento de energía de batería integrado con el sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) de todo el sistema de SCE que proporciona visibilidad y control de alto nivel a los operadores de la red.
  • El primer sistema de almacenamiento de energía de batería operado por SCE y uno de los primeros en ser interconectado, certificado y operado en el mercado CAISO.
  • El primer sistema moderno de almacenamiento de energía de batería de iones de litio a gran escala instalado en una subestación de SCE y conectado a la red de transmisión regional.
  • Sirviendo como base para las adquisiciones posteriores de almacenamiento de energía de SCE
Vista panorámica del edificio de baterías para el Proyecto de Almacenamiento de Energía Tehachapi y la Subestación Monolith

Desde el inicio de las operaciones de mercado en 2016, TSP ha sido incluido en el Inventario Mensual de Generadores Eléctricos de la Administración de Información Energética (EIA) como generador eléctrico. [36] Durante ese período de tiempo, la EIA comenzó a publicar información más detallada sobre el almacenamiento de energía en su Informe anual del generador eléctrico, incluida la capacidad de la batería, las tasas de carga y descarga, los tipos de tecnología de almacenamiento, las clasificaciones de potencia reactiva, los tipos de gabinetes de almacenamiento y las aplicaciones de uso esperado. . [37]

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Video que muestra el sitio del Proyecto de almacenamiento de energía de Tehachapi, el interior de los inversores bidireccionales, la sala de control y el edificio de la batería. También se muestran el minisistema, la celda de batería y el módulo de batería en el laboratorio de Pomona, CA.

El funcionamiento del sistema TSP se ha descrito como un ejemplo real de almacenamiento de energía conectado a la red, [38] y algunas de las pruebas iniciales incluyeron almacenar energía eólica por la noche y entregarla durante el día cuando los clientes la necesitan. [39] El Operador Independiente del Sistema de California (CAISO), un operador del sistema de red, comparte sus experiencias operativas de TSP a nivel internacional con otros operadores de red como parte de colaboraciones estrechas y continuas. [40] El funcionamiento continuo del sistema TSP sigue proporcionando servicios de red en el mercado de la energía y las lecciones aprendidas para los sistemas de almacenamiento de energía de la red. [41] [42]

En su informe anual a la Comisión de Servicios Públicos de California (CPUC) para el año calendario 2020, SCE informó que TSP continuó operando en el mercado mayorista CAISO y que los beneficios del mercado excedían los costos de operación y mantenimiento. [9] Además de las operaciones de mercado, SCE continuó recopilando datos operativos para evaluar las características operativas a largo plazo de la tecnología de almacenamiento de baterías de iones de litio a escala de red. [9]

Uno de los principales beneficios del sistema TSP es la amplia gama de estudios y análisis realizados por múltiples organizaciones para abordar diversos aspectos del mercado energético. La información operativa se ha utilizado como parte del desarrollo de incentivos para el almacenamiento distribuido de energía en California , Nueva York , Hawai y varios otros estados. [43] El sistema de gestión de la energía (EMS) y la estructura del EMS para TSP se han estudiado para desarrollar y determinar los requisitos técnicos, de mercado y reglamentarios para los sistemas de almacenamiento de energía. [44]

La Universidad de California, Riverside ha utilizado TSP para la valoración estocástica del almacenamiento de energía en los mercados de energía mayoristas para determinar las secuencias óptimas de despacho de energía. [45] Los hallazgos de este estudio incluyen:

  1. El rendimiento del sistema se ve muy afectado por la eficiencia del viaje de ida y vuelta y la relación potencia-energía.
  2. La relación potencia-energía óptima para el mercado de energía mayorista es mucho más alta que la configuración nominal de 1 a 4 que se usa típicamente en los proyectos de almacenamiento de energía existentes.
  3. La mayoría de los ingresos provienen de los servicios de regulación de frecuencias . [46]

En un análisis separado, la Universidad de California, Riverside utilizó datos de mercado reales de TSP para desarrollar un marco óptimo de oferta y demanda de licitación, programación y diseño de implementación basado en los precios de mercado diarios y en tiempo real, ubicación, tamaño y eficiencia. , vida útil y tasas de carga y descarga. [47] También se examina el tema de las baterías usadas y de segundo uso y el análisis muestra que al utilizar uno de los métodos de licitación propuestos, TSP podría seguir siendo rentable incluso después de perder la mitad de su capacidad energética. [47]

Sobre la base de los estudios descritos anteriormente, la Universidad de California, Riverside realizó un análisis adicional para los escenarios en los que los sistemas de baterías son propiedad de los inversores y se operan de forma independiente y participan en los mercados existentes. [48] El estudio propone un nuevo marco de optimización para coordinar el funcionamiento de sistemas de almacenamiento de energía grandes, rentables y geográficamente dispersos en un mercado energético nodal con limitaciones de transmisión. [48]

El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) publicó una colección de artículos técnicos que analizan el almacenamiento de energía, incluida una revisión de TSP. [49] La revisión describió cómo TSP cumplió con los objetivos del proyecto y proporcionó los usos operativos requeridos. [49] Si bien hubo algunos desafíos, incluidos problemas con el sistema de control y un diseño deficiente del transformador, estos problemas no estaban relacionados con la tecnología de almacenamiento en sí. [49] SCE sigue utilizando sus experiencias de TSP en el desarrollo de proyectos adicionales de almacenamiento de energía. [49]

El Edison Electric Institute (EEI), que representa a todas las empresas de servicios públicos propiedad de inversores en los Estados Unidos, publicó un conjunto de estudios de caso y describió cómo TSP tiene capacidades para proporcionar una capacidad máxima casi instantánea para el aumento de las energías renovables, lo que minimiza las necesidades de los generadores de respaldo tradicionales . [50] EEI también describió que TSP permaneció operativo después del período piloto y de prueba de 24 meses del proyecto. [50]

La Comisión Europea realiza un análisis continuo de los sistemas de almacenamiento de energía, incluido el TSP, y tiene colaboraciones globales con expertos técnicos para intercambiar y aprender sobre detalles operativos, desafíos y mejores prácticas. [51] Algunos de los desafíos resueltos para TSP incluyeron la lógica de programación, los límites de seguridad y la agregación de datos, así como el uso de rutas consistentes para las comunicaciones de los componentes. [51] El análisis también menciona cómo, en general, los aspectos de integración y control del sistema para los sistemas de almacenamiento de energía deben resolverse y abordarse mediante un plan maestro europeo. [51] Además, el reciclaje es un tema que debe manejarse a medida que continúa el crecimiento del mercado. [51]

TSP se mencionó en un artículo de revista, publicado por PV Tech Power , que describe cómo el almacenamiento de la batería se está utilizando ahora como capacidad máxima . [52] Se describe que TSP proporciona apoyo para la rápida expansión de la energía renovable, además de ser una batería rara a escala de servicios públicos con una duración de 4 horas durante el período de 2014 cuando se puso en servicio. [52] El artículo explica cómo ahora se considera que cuatro horas es la duración óptima para alcanzar la capacidad máxima por dos razones: 1) Mitigar la demanda máxima a medida que la energía solar desciende al final de la tarde y la noche y 2) Proporcionar el punto de costo óptimo para el litio. -baterías de iones para proporcionar esa capacidad. [52]

Parece un escenario poco probable para una revolución tecnológica: un parche del desierto de Mojave azotado por el viento, apretado junto a las vías del tren y una planta de cemento gigante. Pero ahí está, en los terrenos de la subestación Monolith del sur de California Edison cerca de Tehachapi, California: la batería más grande para almacenar electricidad en América del Norte. [5]

Bill Loving, Edison International - Energizado

Hoja informativa distribuida durante la ceremonia de corte de cinta-Página 1
Hoja informativa distribuida durante la ceremonia de corte de cinta-Página 2
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Partes seleccionadas de la ceremonia de corte de cinta y visitas guiadas

El 24 de septiembre de 2014 se llevó a cabo una ceremonia oficial de corte de cinta, un recorrido por el lugar y la presentación de un certificado de reconocimiento del Senado del Estado de California. [2] [53] [54] Los oradores de la ceremonia incluyeron a Doug Kim (Director de Tecnología Avanzada , Southern California Edison ), Zack Scrivner (Supervisor, Junta de Supervisores del Condado de Kern ), Dr. Imre Gyuk (Gerente del Programa de Almacenamiento de Energía, Departamento de Energía de los Estados Unidos ), Dr. Seokhwan Kwak (Vicepresidente de Marketing, LG Chem ), y Romeo Agbalog (Oficina del Senador del Estado, Jean Fuller - Distrito 18). [54] Se proporcionaron recorridos por la sala de control, la sala de baterías y los recintos del inversor. [53] [54]

Tras la puesta en servicio, TSP fue seleccionado como finalista del Premio a la Innovación 2014 para el almacenamiento de energía en América del Norte (ESNA). [55] TSP es miembro del Salón de la Fama de ESNA. [56] El corresponsal de ciencia de PBS Miles O'Brien cubrió TSP en la edición del 15 de diciembre de 2015 de PBS NewsHour en un segmento con Doug Kim de SCE que discutió el uso de TSP para almacenar energía generada por turbinas eólicas. [39]

A 160 kilómetros al norte de Los Ángeles, en Tehachapi, California, el viento puede ser un recurso abundante, pero, lamentablemente, no en el momento adecuado. Sopla más fuerte por la noche, haciendo que estas turbinas eólicas alcancen su potencia máxima, cuando la demanda de electricidad es la más baja.

-  Miles O'Brien, PBS NewsHour

Entonces, hacer coincidir la producción de viento con el momento en que los clientes realmente lo necesitan, esa es sin duda una de las cosas que estamos viendo con este sistema que ven aquí, porque puede almacenar energía.

-  Doug Kim, PBS NewsHour

En 2016, la California Energy Storage Alliance presentó a TSP en la posición de liderazgo en un video con legisladores, ejecutivos de servicios públicos y pioneros del almacenamiento de energía titulado Gamechangers: How Energy Storage Transforms the Power System , que describe cómo SCE fue pionera en el uso del almacenamiento de energía en la red. [57] La Región 6 del IEEE otorgó su Premio del Director a SCE en 2016 con la finalización exitosa de TSP como uno de los logros clave. [58] La Asociación de Almacenamiento de Energía (ESA) otorgó a LG Chem el Premio Brad Roberts por Logro Destacado de la Industria en 2017 por los logros del mercado y la industria durante los últimos años, incluida la entrega y puesta en servicio exitosas de TSP. [59] [60]

En la Cumbre de Energía del Condado de Kern 2017, Vibhu Kaushik, gerente principal de SCE, describió a TSP como el inicio de proyectos de almacenamiento de energía a escala de servicios públicos para SCE. [61]

… La historia realmente comenzó aquí en el condado de Kern hace unos cinco años cuando construimos el proyecto de almacenamiento de energía más grande del mundo, el Proyecto de Almacenamiento de Baterías de Tehachapi. 8 megavatios 32 megavatios-hora. Recibió mucha atención y fue noticia en todas partes, ya que el almacenamiento de baterías se convirtió en parte de la combinación energética en ese momento, cuando la gente comenzó a considerar el almacenamiento de baterías como un recurso a escala de servicios públicos del tamaño de megavatios.

-  Vibhu Kaushik, Cumbre de Energía del Condado de Kern 2017, Proyectos Recientes de Almacenamiento de Energía de Edison del Sur de California

PBS presentó a TSP en el episodio Search for the Super Battery de Nova en 2017. [62] El presentador y escritor científico David Pogue describió cómo se instalan las baterías de iones de litio en la red y Doug Kim de SCE explicó el uso de TSP para suavizar, reafirmación y desplazamiento temporal de la energía eólica. [62]

Los informes de la Mesa Redonda Económica de 2018 y 2019 de la Alianza Económica del Gran Antelope Valley incluyen a TSP como un punto destacado en las secciones de Energía Renovable. [63] El condado de Kern, California, describe a TSP como una característica clave en su cartera de energía renovable [64] para almacenar energía de energía solar y energía eólica y mejorar la flexibilidad y confiabilidad de la red. [65] El condado de Kern continúa cultivando el almacenamiento de energía como fuente de oportunidades de desarrollo económico para 2020 y más allá. [66]

En 2019, el Departamento de Energía de EE. UU. Presentó a TSP en Success Stories Spotlight: Resolviendo los desafíos de almacenamiento de energía de la industria . [67] El estudio de caso examinó dos áreas: el avance y el impacto de la tecnología. [67]   Tecnología avanzada de TSP al mostrar las capacidades de los sistemas de almacenamiento de baterías de iones de litio para aumentar casi instantáneamente a la máxima capacidad de potencia. [67]   TSP también demostró capacidades técnicas para la regulación de frecuencia, disminución de pérdidas de transmisión, estabilización de voltaje e inversión en transmisión diferida. [67]  El estudio de caso describe cómo se operó TSP fuera de un laboratorio ya escala. [67] Como resultado, uno de los impactos importantes de TSP es que proporcionó experiencia práctica en operaciones y confiabilidad en condiciones reales como uno de los mayores sistemas de almacenamiento de energía ubicados en una red de alto tráfico. [67]   El proyecto brindó oportunidades de aprendizaje de hardware y software al proveedor del sistema para proyectos futuros. [67]   Los impactos adicionales incluyeron proporcionar una mayor definición y desarrollo del proceso para interconectar los sistemas de almacenamiento de energía a la red. [67]   A su vez, esto proporcionó mejoras para la integración de los sistemas de almacenamiento de energía en los mercados de energía y proporcionó datos financieros para la valoración de proyectos futuros. [67]   Un impacto adicional mencionado fue que el TSP proporcionó una mayor cantidad de energía renovable en la red, así como una mejor confiabilidad de la red y calidad de la energía. [67]

En 2021, Forbes mencionó a TSP como un ejemplo notable de almacenamiento de energía utilizado por SCE para cargar y descargar energía de la red eléctrica en apoyo de las energías renovables y los preparativos de las empresas de servicios eléctricos para la electrificación y descarbonización. [68] Forbes explicó que TSP puede almacenar y descargar energía en cualquier momento utilizando baterías de iones de litio con una duración limitada. [68]

  • Lista de proyectos de almacenamiento de energía
  • Lista de centrales eléctricas de almacenamiento de batería en California

Citas

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