¿Cuándo tiene sentido un sistema de almacenamiento de energía ESS para una fábrica?

¿Cuándo tiene sentido un sistema de almacenamiento de energía ESS para una fábrica?

Para muchas fábricas, la cuestión ya no es si los costes energéticos están aumentando. Lo están haciendo. La pregunta más práctica es si un sistema de almacenamiento de energía ESS puede resolver un problema operativo real, en lugar de añadir simplemente otra partida al presupuesto de inversión.

En la fabricación, las decisiones relacionadas con la energía rara vez están aisladas. Se sitúan entre la planificación de la producción, la carga del transformador, las tarifas de los servicios públicos, los requisitos de respaldo y, cada vez más, la integración de energías renovables. Un sistema de almacenamiento tiene sentido cuando aborda uno o varios de estos aspectos de forma medible. Si no lo hace, incluso un proyecto técnicamente sólido puede terminar infrautilizado.

Por eso, el punto de partida adecuado no es la capacidad de la batería. Es el perfil de carga de la fábrica.

Los mejores proyectos ESS comienzan con un problema, no con un producto

Las fábricas suelen considerar el almacenamiento después de oír hablar del recorte de picos o del autoconsumo solar, pero el detonante real suele ser más específico. Una planta puede enfrentarse a fuertes picos de demanda provocados por motores, hornos, compresores o líneas de producción que arrancan simultáneamente. Otra puede sufrir eventos frecuentes de tensión de corta duración que no justifican un sistema completo de generación de reserva, pero que aun así interrumpen procesos sensibles. En algunas instalaciones, la propia tarifa eléctrica crea el caso de negocio, especialmente cuando los cargos por demanda o los precios según el horario de uso son elevados.

Un sistema de almacenamiento de energía ESS suele tener sentido cuando existe al menos una de estas condiciones:

• Los cargos por demanda máxima son suficientemente altos como para que el recorte durante intervalos cortos tenga valor.
• La fábrica presenta una volatilidad de carga recurrente que somete a los equipos eléctricos aguas arriba a una presión excesiva.
• Las interrupciones breves o la inestabilidad de la red provocan pérdidas de producción superiores al coste del almacenamiento.
• Existe generación solar instalada o prevista que, de otro modo, se vería limitada o infrautilizada.
• La ampliación de capacidad por parte de la compañía eléctrica es lenta, costosa o incierta.

Si ninguna de estas condiciones se cumple, la lógica financiera se debilita. El almacenamiento no es automáticamente la vía más económica para reducir las facturas de electricidad. En algunas fábricas, la corrección del factor de potencia, la programación de los procesos, las estrategias de arranque suave de los motores o la reconfiguración de los transformadores pueden generar retornos más rápidos con menor complejidad.

El recorte de picos suele ser el caso de uso más claro

En la práctica, el recorte de picos es el ámbito en el que muchos proyectos ESS industriales demuestran primero su valor. No porque parezca avanzado, sino porque se ajusta a la forma en que las fábricas consumen realmente la electricidad: una carga base mayormente estable, interrumpida por picos costosos.

Un taller de estampación, una planta de moldeo por inyección o una instalación de procesamiento de metales puede alcanzar su demanda máxima únicamente durante un número limitado de intervalos cada mes. Sin embargo, esos intervalos pueden determinar una parte importante de la factura eléctrica. El almacenamiento puede descargarse durante esas ventanas y reducir el pico facturado. El detalle clave es la duración. Algunos picos duran entre 10 y 20 minutos. Otros persisten durante horas mientras la producción funciona a plena capacidad. Una batería dimensionada para el primer patrón puede ser rentable; una batería dimensionada para el segundo puede resultar demasiado grande para justificar la inversión.

Aquí es donde muchas evaluaciones iniciales se equivocan. Los responsables de la toma de decisiones se centran en el consumo mensual total, pero el diseño del ESS depende más de la forma y el momento de la carga que del total de kilovatios-hora adquiridos.

El análisis de los datos de intervalos de 15 o 30 minutos suele mostrar rápidamente la realidad. Si la planta presenta picos estrechos y predecibles, el almacenamiento merece un análisis serio. Si la carga ya es uniforme y elevada durante todo el día, la oportunidad de ahorro puede ser limitada.

La energía de respaldo es importante, pero no siempre significa lo mismo

Algunas fábricas consideran un sistema de almacenamiento de energía ESS porque desean disponer de energía de respaldo. Puede ser una razón adecuada, pero solo si todos precisan qué significa respaldo.

Si el objetivo es mantener en funcionamiento toda la fábrica durante una interrupción prolongada, el almacenamiento en baterías puede resultar costoso, a menos que la interrupción sea breve o que las cargas críticas sean limitadas. Si el objetivo es proporcionar energía de continuidad para sistemas de control, equipos de automatización, bombas críticas, infraestructura de datos o procedimientos de apagado seguro, el almacenamiento se vuelve mucho más práctico.

En otras palabras, el ESS suele ser más eficaz cuando protege la continuidad del proceso en lugar de sustituir todas las funciones de un generador diésel. En algunos entornos industriales, la mejor arquitectura es híbrida: el almacenamiento gestiona la respuesta rápida y las interrupciones breves, mientras que los generadores cubren los eventos más prolongados. Este enfoque también puede reducir el sobredimensionamiento de los generadores.

Las instalaciones con equipos sensibles también deberían considerar otros aspectos además de la frecuencia de las interrupciones. Las caídas de tensión, el parpadeo y los transitorios breves pueden generar costes ocultos superiores a los de los apagones, especialmente cuando están implicados lotes rechazados, reinicios de líneas o disparos de equipos. La posibilidad de que el almacenamiento resuelva estos problemas depende del diseño de la electrónica de potencia, de la coordinación de las protecciones de la instalación y del perfil real de las perturbaciones.

El lado del transformador suele pasarse por alto en la toma de decisiones

Dado que los sistemas eléctricos de las fábricas se construyen en torno a la transformación y la distribución, el ESS nunca debe evaluarse únicamente como una decisión relacionada con la batería. Afecta a la carga de los alimentadores, los ajustes de protección, el comportamiento ante cortocircuitos, los armónicos y el rendimiento térmico de los transformadores.

Esto es especialmente importante en las plantas donde el transformador de distribución existente ya funciona cerca de sus límites prácticos durante los picos de producción. En algunos casos, el almacenamiento puede reducir la tensión causada por sobrecargas temporales y retrasar la ampliación del transformador. En otros, la incorporación de almacenamiento requiere una revisión más cuidadosa de las configuraciones de conmutación, el dimensionamiento de los cables y la coordinación en los lados de media y baja tensión.

Para aplicaciones industriales en interiores, los equipos de tipo seco suelen considerarse cuando preocupa el comportamiento frente al fuego, la facilidad de mantenimiento o el entorno de instalación. En proyectos vinculados a ampliaciones de la distribución de media tensión, componentes como el transformador de distribución trifásico de tipo seco con resina colada de 11 kV pueden integrarse en el diseño eléctrico general, no porque el ESS exija por defecto un producto específico, sino porque los proyectos de almacenamiento suelen poner de manifiesto debilidades o limitaciones de la arquitectura de distribución existente.

Este es un ámbito en el que los proveedores experimentados de equipos eléctricos aportan valor. Las empresas que trabajan en aplicaciones de transmisión, distribución y energía industrial tienden a observar todo el recorrido, desde la conexión a la red hasta la carga de uso final. Esta perspectiva más amplia es importante. Jinshida Electric Power Technology, por ejemplo, trabaja en la I+D y la fabricación de equipos de transmisión y distribución para la fabricación industrial, la construcción de redes eléctricas, las nuevas energías y los proyectos de infraestructura. En las conversaciones sobre ESS, este tipo de experiencia resulta útil porque el sistema de baterías debe funcionar dentro de una red eléctrica real, no en una diapositiva de presentación.

El ESS resulta más atractivo cuando la energía solar ya forma parte del proyecto

Las fábricas que instalan sistemas solares en tejados o sobre el terreno suelen descubrir que la generación y el consumo no coinciden tan perfectamente como esperaban. La producción durante los fines de semana puede ser baja. La producción del mediodía puede superar la demanda in situ durante ciertos periodos. O las normas de exportación pueden ser restrictivas. En estas condiciones, el almacenamiento puede mejorar el autoconsumo y reducir la generación desperdiciada.

Aun así, es un error suponer que toda fábrica con energía solar necesita baterías. Si la planta ya consume la mayor parte de su producción solar en tiempo real, el valor incremental del almacenamiento puede ser moderado. El caso es más sólido cuando la producción solar supera regularmente la carga, cuando las tarifas vespertinas son elevadas o cuando la planta desea una mayor resiliencia de su sistema energético distribuido.

Una vez más, la estructura tarifaria determina gran parte del resultado. Sin comprender los precios de importación, la compensación por exportación y los cargos por demanda, es imposible juzgar si almacenar la energía solar es más conveniente que utilizarla directamente, exportarla o reprogramar la producción.

Qué debe comprobarse antes de aprobar un proyecto

Una fábrica debe actuar con cautela si una propuesta de ESS se basa en promesas generales sin detalles operativos. Antes de seguir adelante, algunas preguntas suelen distinguir los proyectos serios de los excesivamente optimistas:

• ¿Qué problema exacto de carga se está resolviendo: demanda máxima, respaldo, calidad de la energía, desplazamiento de la energía solar o aplazamiento de la ampliación de capacidad?
• ¿Cuántos ciclos de carga y descarga se esperan cada día o cada semana?
• ¿Cuál es la duración de descarga requerida a la potencia objetivo?
• ¿El sistema dará servicio a toda la instalación o únicamente a los embarrados críticos?
• ¿Cómo interactuará con los transformadores, la aparamenta, las protecciones y los controles existentes?
• ¿Qué limitaciones operativas se derivan del acuerdo de interconexión con la compañía eléctrica o de la normativa local?

Si las respuestas son imprecisas, probablemente el proyecto aún no está preparado. Una decisión de ESS bien fundamentada suele basarse en datos medidos de intervalos, un perfil operativo realista y una revisión del esquema unifilar del sistema eléctrico.

También conviene ser realista sobre el mantenimiento y el control. El almacenamiento no es una caja pasiva. Implica gestión de baterías, gestión térmica, controles del PCS, comunicaciones y cuestiones de integración del sistema. Ninguna de ellas es una razón para rechazar el ESS, pero sí son motivos para tratarlo como una infraestructura industrial y no como un complemento rápido para ahorrar en la factura eléctrica.

Cuándo probablemente la respuesta sea no

Hay fábricas en las que un sistema de almacenamiento de energía ESS es técnicamente posible, pero comercialmente poco atractivo. Si la diferencia entre los precios según el horario de uso es mínima, los cargos por demanda son bajos, las interrupciones son poco frecuentes y no críticas, y la carga ya es estable, es posible que el almacenamiento no resulte rentable. Lo mismo ocurre en las plantas cuyo problema principal es un diseño deficiente de la distribución interna y no la gestión temporal de la energía. En esos casos, puede ser más sensato mejorar los transformadores, los alimentadores o los controles de los procesos que añadir baterías.

Otra advertencia: algunas instalaciones esperan que el almacenamiento resuelva todos los problemas eléctricos al mismo tiempo. No lo hará. El ESS puede ser muy eficaz, pero funciona mejor cuando la aplicación es lo suficientemente concreta como para modelarse y lo suficientemente relevante como para tener importancia financiera.

Una forma práctica de tomar la decisión

Para una fábrica, el momento adecuado para invertir en almacenamiento suele llegar cuando coinciden tres factores: el problema eléctrico está claramente identificado, los precios de la compañía eléctrica recompensan la actuación y la infraestructura del emplazamiento puede soportar la integración sin costes ocultos de ampliación.

Por eso, la decisión debe involucrar tanto a operaciones como a ingeniería de sistemas eléctricos. Un responsable de producción puede observar la pérdida de producción causada por las perturbaciones. El equipo financiero puede observar los cargos por demanda. Un ingeniero eléctrico puede detectar que el verdadero cuello de botella se encuentra en el nivel del transformador o del alimentador. Los buenos proyectos ESS conectan estas tres perspectivas.

Si la fábrica ya está revisando ampliaciones de la distribución, incorporando nuevas cargas o ampliando la energía solar, ese suele ser el momento ideal para evaluar el almacenamiento en paralelo. La economía y el diseño eléctrico son más fáciles de optimizar conjuntamente que de adaptar por separado. Y si la renovación de equipos de media tensión forma parte de esa conversación, elementos como el transformador de distribución trifásico de tipo seco con resina colada de 11 kV pueden convertirse en parte de un plan más amplio de fiabilidad y eficiencia, en lugar de ser una compra independiente.

En última instancia, un ESS tiene sentido para una fábrica cuando resuelve un problema eléctrico específico mejor que las alternativas. No porque el almacenamiento esté de moda ni porque se espere que toda planta moderna disponga de uno. Las instalaciones que más se benefician suelen ser las que realizan primero el trabajo menos atractivo: recopilar datos de carga por intervalos, revisar el sistema de distribución, comprobar las hipótesis tarifarias y definir exactamente cómo se medirá el éxito antes de que llegue el equipo.