Proyecto NUMBER | EDP España

Objetivos

El objetivo principal del Proyecto NUMBER consiste en desarrollar tecnología y nuevo conocimiento centrado en los efectos de la degradación inducida en los sistemas de almacenamiento de baterías de iones de litio. Dicha degradación se debe, en gran medida, a las distintas condiciones y regímenes de carga/descarga (ciclado) a los que se ven sometidas las baterías durante su vida útil.

Se busca dimensionar de forma mucho más adecuada los sistemas de almacenamiento basados en baterías de Li-ion para su uso en plantas de generación renovable. Para ello, se proponen trabajos en todas las etapas de la vida del sistema de almacenamiento, desde su diseño hasta su operación en la planta considerando modelos de degradación que incorporen el efecto del convertidor de potencia y que permitan, al margen de la estimación muchas veces imprecisa proporcionada por el fabricante, determinar el punto de operación óptimo que maximice el retorno de la inversión del sistema.

Los objetivos específicos serían:

• Desarrollar tecnología y nuevo conocimiento centrado en los efectos de la degradación inducida en los sistemas de almacenamiento de baterías de iones de litio.
• Desarrollar los modelos experimentales a escala de laboratorio, que permitan investigar las aplicaciones de esta tecnología.
• Realizar un modelo eléctrico equivalente y de alta precisión, implementando en una herramienta software, realimentado con datos reales de operación.
• Desarrollo e implementación de algoritmia para la determinación on-line del estado de salud (SoH) del sistema de baterías, mediante señales inyectadas por el convertidor de potencia conectado al mismo.
• Trasladar a campo los desarrollos apuntados a nivel de laboratorio en relación con las tecnologías vinculadas a la estimación del SoH.
• Explorar la posibilidad de extender de forma generalizada a futuros proyectos el sistema planteado y los distintos usos y funcionalidades posibles.

Tareas realizadas

• Análisis de datos y entorno: tiene como objetivo determinar las variables de entrada al software de dimensionamiento.
• Definición de métricas para el dimensionamiento: se encamina a determinar las métricas KPIs (del inglés Key Performance Indicators) utilizadas para cuantificar la inversión, en base a criterios técnico-económicos.
• Implementación de la herramienta de dimensionamiento: se centra en el desarrollo de una herramienta software de diseño y dimensionamiento óptimo. Se desarrollará el algoritmo de optimización para el dimensionamiento del sistema híbrido (generación renovable combinada con sistema de baterías).
• Análisis de datos previos (sistema de baterías Li-Ion): se centra en el análisis detallado de los datos disponibles en el sistema de almacenamiento de baterías instalado en planta.
• Desarrollo Sistema de Adquisición Medidas: se desarrolla el sistema de adquisición de medidas que permitirá la captura y registro de variables con un periodo de muestreo al menos 10 veces menor que el de conmutación del convertidor de potencia (rango kHz) durante largos periodos de tiempo.
• Desarrollo de simulaciones MATLAB/Simulink (modelos acelerados degradación): La caracterización de los procesos de envejecimiento en sistemas de almacenamiento es una tarea que requiere de un tiempo elevado (años) para su desarrollo debido a que es necesario encontrar indicadores que varíen con el envejecimiento ya que éste es un proceso lento.
• Modificación del Sistema de Control del convertidor para inyección de señal: El objetivo perseguido es el de añadir una señal de excitación de alta frecuencia (en una frecuencia superior al ancho de banda del regulador de corriente y menor que la mitad de la frecuencia de conmutación del convertidor de potencia) que permita extraer el SoH, estado de salud, del equipo con un alto grado de precisión.
• Integración Sistema Global: integración de las técnicas desarrolladas en todas las tareas anteriores (análisis de datos de convertidor, análisis de datos de SCADA y planta, modelo sistema almacenamiento e inyección de señales convertidor) en una herramienta unificada para el diagnóstico del estado de salud del equipo.

Etapas del proyecto

1. Planificación y diseño: se propone la implementación de una herramienta software que permita realizar un diseño y dimensionamiento óptimo en base al perfil de la misión del sistema de almacenamiento, el tipo de convertidor de potencia, el precio de la energía y diversas métricas e indicadores (término conocido en inglés como KPI, Key Performance Indicators) como pueden ser el LCoE (Levelized Cost of Energy) y el LCoS (Levelized Cost of Storage). Es decir, buscar la reducción del coste nivelado del sistema, tanto en términos de energía como de almacenamiento.
2. Operación en planta: se pretende determinar, mediante medidas adicionales o utilizando análisis de datos ya recabados por el sistema de control actual, el estado de salud del equipo (SoH).

Resultados obtenidos

La estrategia de explotación de resultados de EDPR implica la extensión a otros futuros proyectos de plantas renovables con sistemas de almacenamiento basados en baterías de litio, suponiendo una mejora de la competitividad de la empresa a nivel de actividad y a nivel de procesos (mantenimiento de dichos sistemas) ya que se ha realizado una optimización técnico-económica que abarca tanto la fase de diseño del proyecto, como la fase de explotación de la actividad.

Proyecto subvencionado por