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Garantice una gestión térmica inigualable para fomentar un rendimiento fiable en toda la red
La importancia de la uniformidad de temperatura (±1,5 °C) para lograr un control de frecuencia constante
El enfriamiento líquido mantiene de forma óptima la temperatura de los contenedores de almacenamiento de baterías dentro de un rango de +/- 1,5 grados Celsius. La estabilidad de temperatura de este nivel es crucial para permitir que las baterías respondan rápida y con precisión a los cambios de frecuencia. En ausencia de un control uniforme de la temperatura, las baterías se vuelven letargicas y su eficacia disminuye rápidamente. Estos sistemas, como se ha comprobado, son capaces de controlar la frecuencia de la red dentro de un rango de 0,1 Hz durante los cambios repentinos de la demanda. En cambio, los sistemas refrigerados por aire casi siempre presentan un diferencial de temperatura de 5 grados, lo que, además de otros factores, da lugar a problemas de control de frecuencia y afecta la potencia de salida reactiva. Las pruebas de la norma UL 9540A muestran que una gestión adecuada del calor reduce en un 40% los problemas relacionados con la frecuencia en comparación con los sistemas de refrigeración por aire. En las aplicaciones de redes a gran escala para fuentes de energía renovables, es necesario lograr este nivel de uniformidad térmica para evitar fallas sistémicas más graves.
Evidencia del caso: Proyecto AES Alamitos de 400 MWh — Disponibilidad del 99,2 % con contenedores de almacenamiento de baterías refrigerados por líquido
El proyecto AES Alamitos de 400 MWh alcanzó una disponibilidad anual del 99,2 % mediante contenedores de almacenamiento de baterías refrigerados por líquido. Este nivel de disponibilidad demuestra la eficacia del diseño térmico y la resistencia operativa de todo el sistema. Durante un año completo, esta configuración estuvo en funcionamiento y contratada con la red, incluidos períodos de descarga continua, desplazamiento de demandas y largas duraciones operativas. Asimismo, la configuración fue contratada para proporcionar respuesta activa de frecuencia y equilibrio de carga durante el período en cuestión. ¿Cómo se logró esto? El sistema integrado de refrigeración por líquido eliminó eficazmente los problemas térmicos causados por otros sistemas y mantuvo una temperatura óptima constante en cada celda individual. Esto supuso una reducción del 50 % en las intervenciones de mantenimiento no planificadas y en los problemas térmicos. Esta configuración generó ingresos adicionales procedentes de servicios auxiliares de respuesta rápida durante el período operativo del proyecto, además de una disminución de los costes de operación y mantenimiento (O&M). Este proyecto constituye una prueba adicional y una solución viable ante la necesidad rápidamente creciente de contenedores refrigerados por líquido en proyectos de almacenamiento de energía a gran escala.
Mayor seguridad con una mitigación integrada adicional de la propagación térmica
Datos de las pruebas UL 9540A: ¿Por qué el 78 % de los incidentes en sistemas de almacenamiento de energía (BESS) son causados por puntos calientes fiables refrigerados por aire?
Según las pruebas UL 9540A, el calentamiento no uniforme constituye el mayor riesgo para la seguridad en los sistemas de almacenamiento de energía de baterías a gran escala. Los mayores desafíos a los que nos enfrentamos derivan de los puntos calientes mencionados anteriormente en los sistemas refrigerados por aire. Cuando el aire refrigerado en estos sistemas no puede enfriarse más de 15 grados Celsius entre módulos de batería, algunas baterías se enfrían muy por debajo de sus temperaturas seguras de funcionamiento, lo que acelera su degradación. Esto genera rápidamente un desequilibrio significativo en la resistencia eléctrica y aumenta la probabilidad de una fuga térmica durante ciclos con alto estado de carga. Una vez alcanzada esta condición de fuga térmica, el calor se propagará rápidamente a las celdas adyacentes, ya que el sistema de refrigeración mencionado anteriormente no proporcionará un enfriamiento suficiente y habrá abundante oxígeno en el aire para alimentar el incendio. En tan solo unos minutos, lo que podría haber sido un problema menor se convertirá en un incendio total.
Refrigerante dieléctrico + detección en tiempo real de incendios: reducción del 67 % en el tiempo de propagación
Cuando se combina con la refrigeración dieléctrica por inmersión, el análisis predictivo multisensores puede reducir el tiempo de propagación de la fuga térmica hasta en un 67 %. El líquido refrigerante especial no conductor absorbe el calor 3,5 veces más que el aire y también bloquea el oxígeno, además de mantener físicamente separadas las celdas defectuosas. Los sistemas de monitoreo en tiempo real pueden detectar signos tempranos de anomalías, como pequeños cambios en el voltaje, aumentos repentinos de CO₂ y elevaciones locales de temperatura. Una vez que el sistema detecta estos fenómenos, puede aislar de forma autónoma los módulos afectados en cuestión de segundos. Esto significa que, en lugar de controlar problemas que podrían propagarse a otros contenedores, las incidencias se contienen exactamente donde se originan. En estudios de pruebas en campo, hemos observado que el tiempo medio de respuesta disminuye de 8 minutos a 2,5 minutos. Esta mejora temporal incrementa significativamente el nivel de contención de incidentes y también aumenta la seguridad del personal potencialmente expuesto a condiciones peligrosas.
Mayor vida útil y menores costos de operación y mantenimiento con refrigeración precisa
Referencia del DOE 2023: vida útil del ciclo de 15 a 20 años frente a 10–12 años para los sistemas refrigerados por aire
El Informe de referencia sobre el rendimiento de los sistemas de almacenamiento de energía (BESS) del Departamento de Energía de EE. UU. de 2023, por ejemplo, en lo que respecta a la refrigeración líquida de precisión para baterías de iones de litio, implica incorporar mecanismos de refrigeración que regulen la temperatura dentro de un margen de aproximadamente ±1,5 °C. Esto ayuda a reducir la pérdida agresiva de capacidad experimentada con los sistemas refrigerados por aire. Por tanto, contribuye a que las baterías ofrezcan una mayor vida útil en ciclos. En lugar de funcionar durante los típicos 10 a 12 años con sistemas de refrigeración convencionales, las baterías pueden operar entre 15 y 20 años manteniendo más del 80 % de su capacidad original. En general, la vida útil en ciclos repetidos de las baterías significa que deberán reemplazarse tres veces menos frecuentemente. Esta reducción en la frecuencia de sustitución de baterías se traduce en un menor costo por cada reemplazo. El análisis de costos del ciclo de vida realizado por el Instituto Ponemon demuestra, a este respecto, que, con el paso del tiempo, las empresas ahorrarán aproximadamente 740 000 dólares estadounidenses por cada 100 megavatios-hora de capacidad de almacenamiento.
Modularidad de intercambio en caliente en contenedores de almacenamiento de baterías reduce el tiempo de inactividad en un 92 %
Los contenedores de almacenamiento están diseñados para permitir a los técnicos realizar sustituciones de módulos de batería in situ. Esto significa que los sistemas completos pueden seguir operativos mientras se intercambian los módulos, reduciéndose así considerablemente el tiempo dedicado al mantenimiento. El programa de ensayos de ERCOT de 2023 confirmó que los módulos pueden reducir, en promedio, el tiempo de inactividad mensual de 14,5 horas a poco más de 1 hora. En combinación con algunas de las herramientas predictivas de estado de salud, la disponibilidad del sistema puede alcanzar casi el 99 % y los costes laborales de operación y mantenimiento pueden reducirse aproximadamente un 60 %. Otra ventaja significativa de este diseño modular es la facilidad con la que se pueden integrar módulos adicionales al sistema. Las soluciones modulares de baterías están concebidas para integrarse en sistemas existentes sin necesidad de reubicar ni reconfigurar las cimentaciones, las instalaciones eléctricas ni los sistemas de refrigeración. Esto reduce considerablemente la necesidad de reformas costosas y permite desplegar nuevas instalaciones mucho más rápidamente en comparación con las soluciones convencionales.
Soluciones de almacenamiento escalables rentables y eficientes en espacio para ubicaciones de alta densidad
Los contenedores de almacenamiento de baterías refrigerados por líquido ofrecen aproximadamente un 40 % más de capacidad de almacenamiento por metro cúbico que los contenedores refrigerados por aire, lo que los hace más rentables para entornos urbanos densos, como subestaciones eléctricas urbanas y sitios industriales, así como para sistemas de microrredes aisladas donde los costos del terreno son muy elevados. Empaque denso: más allá de 1 megavatio por unidad de batería, los sistemas refrigerados por aire presentan un riesgo de fallos por «puntos calientes» y reducen la vida útil de los conjuntos empacados. Los contenedores de baterías refrigerados por líquido distribuyen el líquido refrigerante incluso cuando se empacan más de 1 megavatio por contenedor, lo que contribuye al control de las desigualdades térmicas y permite un empaque vertical y más compacto de las baterías. Además, los contenedores modulares ayudan a reducir los tiempos y los costos al minimizar la fabricación in situ. En comparación con otros diseños de contenedores, los sistemas refrigerados por aire están listos para su implementación hasta tres veces más rápido.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es el enfriamiento líquido más óptimo que el enfriamiento por aire para las baterías?
En el caso de las baterías, el enfriamiento por aire suele experimentar mayores fluctuaciones de temperatura y un enfriamiento desigual. Esto conduce a un rendimiento deficiente, una reducción de la vida útil de la batería y una mayor necesidad de mantenimiento o sustitución. El enfriamiento líquido evita estos problemas al proporcionar y mantener temperaturas constantes.
¿Por qué es beneficioso el enfriamiento de precisión para las baterías?
Al evitar que la temperatura de la batería supere el nivel óptimo, el enfriamiento de precisión prolonga su vida útil y ayuda a que la batería conserve su capacidad utilizable. Por lo tanto, las baterías refrigeradas por líquido tendrán una vida útil de 20 años, mientras que las baterías refrigeradas por aire tendrán una vida útil de solo 10 a 12 años.
¿Cuál es la importancia de la mitigación de la propagación térmica en relación con la seguridad de las baterías?
La mitigación de la propagación térmica desempeña un papel importante en la seguridad de las baterías, ya que limita la rápida diseminación de calor y fuego en los sistemas de baterías. Los sistemas integrados de refrigeración dieléctrica y detección activa de incendios reducen el tiempo de propagación del calor y mitigan los daños.