SISTEMA DE ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO HÍBRIDO Y DISTRIBUIDO.

La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento energético híbrido y distribuido que presenta unas altas densidades energéticas y de potencia para permitir la distribución de la energía dentro del propio sistema,

entre diferentes microrredes de energía eléctrica y con la red eléctrica en sí, donde el sistema de almacenamiento energético híbrido y distribuido permite llevar a cabo la adecuada gestión de picos de consumo, llevar a cabo balances de potencia y un aplanamiento de la curva de demanda, así como la compensación de huecos de tensión, todo ello para gestionar la energía eléctrica de manera eficiente y fiable.

Sistema de almacenamiento energético hibrido y distribuido.

Sector de la Técnica La invención se encuadra en el sector del almacenamiento energético eléctrico, y más concretamente en lo relativo a su integración con la red eléctrica.

Estado de la técnica La integración de sistemas de almacenamiento y/o centros de generación eléctrica dentro del sistema eléctrico convencional conlleva a la formación de pequeños sistemas eléctricos denominados microredes eléctricas. Éstas se rigen por las mismas pautas que los sistemas convencionales, y de la correcta gestionabilidad de su energía depende su mayor o menor integración en el sistema eléctrico global. Un pilar fundamental en dicha gestión energética es la capacidad de poder almacenar energía, permitiendo desacoplar las curvas de generación y consumo eléctrico. Por otro lado la generación eléctrica in-situ, generación distribuida, favorece la obtención de una red eléctrica global más eficiente (al no tener que distribuir la energía a lo largo de grandes distancias) fiable y robusta. El presente documento, se centrará en como la integración de sistemas de almacenamiento, y con unas características muy concretas, favorecen a la gestionabilidad de la energía eléctrica, haciendo estas microredes y por ende al sistema eléctrico global más eficientes y fiables energéticamente hablando.

Actualmente, existen distintas tecnologías de almacenamiento energético, que permiten una conversión relativamente rápida de la energía almacenada en electricidad útil. Entre ellas, se encuentran las baterías electroquímicas y los supercondensadores.

Una batería electroquímica es un elemento acumulador eléctrico que almacena energía eléctrica mediante procesos electroquímicos. No produce energía eléctrica en si, sino que libera la que anteriormente ha almacenado durante su carga.

La principal virtud de las baterías electroquímicas es la mayor densidad de energía (kwh/kg) que poseen frente a muchos otros almacenadores eléctricos. Sin embargo, para salvaguardar la vida útil de las mismas, los ciclos de carga y descarga se deben realizar a baja velocidad, por lo que la densidad de potencia es generalmente baja. Además, el rendimiento no es muy elevado y los metales pesados que la forman son altamente tóxicos.

Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica en forma de cargas electroestáticas, mediante pares de placas conductivas separadas por un medio dieléctrico.

A nivel funcional, los supercondensadores pueden ser cargados y descargados en cortos períodos de tiempo, lo que concede una alta potencia de carga y descarga, y los hace especialmente apropiados para responder ante necesidades de picos de consumo eléctrico o interrupciones de suministro de poca duración. Además, permiten un número muy elevado de ciclos de carga y descarga sin que afecte a su vida útil. Sin embargo, presentan una baja densidad de almacenamiento energético.

Descripción de la invención El funcionamiento de la red eléctrica actual se basa en el equilibrio de generación y consumo, al no disponer de capacidad de almacenamiento energético. Esto requiere que la generación se adapte a la curva de demanda, y durante las horas de bajo consumo, provoca la desconexión de centros de generación eléctrica, dando lugar a la pérdida de capacidad de generación eléctrica, especialmente de carácter renovable. Los organismos gestores del mercado eléctrico actúan como un regulador de la energía generada en base a una estimación del consumo diario, llegándose en muchas ocasiones desaprovechar puntas de generación de naturaleza renovable debido a su rápida dinámica y facilidad de desconexión provocando pérdidas energéticas considerables. Por otro lado, cualquier desajuste producido entre la generación y el consumo, como puedan ser picos de demanda o fallos en la generación o la infraestructura eléctrica, pueden provocar daños a la red eléctrica y los elementos conectados a la misma.

Sería por lo tanto deseable dotar a la red eléctrica de un sistema de almacenamiento, capaz de almacenar la energía que actualmente se desaprovecha, y le proporcione mayor estabilidad y fiabilidad ante desajustes entre la generación y el consumo.

La presente invención se refiere a un nuevo concepto de sistema de almacenamiento energético que basado en una triple característica, la de ser inteligente, distribuido y/o híbrido, permitirá llevar a cabo una mayor capacidad para solventar la problemática anteriormente descrita. Este sistema, por su propia naturaleza almacenadora, permite llevar a cabo una gestionabiliad energética, independizando en cierta medida la generación y el consumo eléctrico, y que sin su existencia no sería posible. Esto lleva consigo el fomento del aplanamiento de la curva de demanda, y una mayor integración de energías renovables dentro del ámbito local de la microred.

El adjetivo de distribuido conlleva mejoras en lo que a la integración y necesidades estructurales del sistema de almacenamiento se refiere. Un diseño escalado, permite la reducción de volumen del mismo, lo que también conlleva una reducción en el peso y el coste del mismo, lo que implicaría una mayor penetración de la tecnología y por ende mayores capacidades de almacenamiento. Favoreciendo esto último a que el usuario de la tecnología tenga que abordar el proyecto de almacenamiento energético con una menor inversión. Otra de las propiedades de la distribución del sistema de almacenamiento, es que mediante la conexión inteligente de varios de ellos a través de un sistema de coordinación y gestión, se obtiene un sistema de almacenamiento global de gran capacidad, pero sin requerir grandes infraestructuras para su albergo, costosas y por otra parte de grandes necesidades de mantenimiento. Por otro lado, la distribución de los puntos de almacenamiento permite una integración mayor de las energías renovables, ya que su instalación se puede llevar a cabo de forma más localizada y con mejor adaptación a unas necesidades concretas. Todo ello hace que la microred generada, desde el punto de vista del sistema eléctrico, actúe como un consumidor/generador primario.

Por su parte, el adjetivo híbrido implica la combinación de diferentes tecnologías de almacenamiento energético para la obtención de una tecnología resultante englobante de las mejores características de las tecnologías que la conforman. En el caso que aquí se presenta, la hibridación entre supercondensadores y baterías permite a la

tecnología fruto de la unión poseer altas densidades energéticas y de potencia. Es precisamente la alta densidad de potencia lo que aporta nuevas prestaciones al sistema de almacenamiento distribuido presentado anteriormente. Por un lado, permite una mayor gestionabilidad de la energía, permitiendo aportar o absorber grandes picos s de potencia en certísimos periodos de tiempo (segundos o milisegundos) . La tecnología responsable de esta característica, los supercondensadores, evita que se produzca el envejecimiento prematuro de la instalación y de las tecnologías almacenadoras de menor densidad de potencia, como es el caso de las baterías. Además, controlando la cesión y absorción de energía por parte de lo supercondesadores se pueden evitar que las baterías realicen ciclos de carga y descarga innecesarios. Todo ello ayuda a alargar la vida útil de las mismas.

Esta gran capacidad de absorber o ceder elevadas cantidades de energía en cortos periodos de tiempo, permite llevar a cabo el amortiguamiento o eliminación de un fenómeno de gran impacto en los sistemas eléctricos, los picos de potencia, los cuales además de deteriorar al sistema obligan a tenerlo sobredimensionado o con potencias contratadas mayores a la nominal.

Hacer frente a la problemática de los huecos de tensión es otra de las virtudes del sistema presentado.

Se ha hablado del aplanamiento de la curva de demanda y de la eliminación de picos,

dos de las operaciones propias del "energy dispatching". Existe una tercera, balance de potencia, que también es posible de llevar a cabo con el sistema de almacenamiento híbrido debido a la capacidad de cesión o absorción de energía reactiva por parte de los condensadores.

Gracias a la combinación de ambas tecnologías, el sistema de almacenamiento híbrido puede hacer frente a grandes variaciones energéticas de dinámica rápida, gracias a los supercondesadores, y aportar energía durante largos periodos de tiempo gracias a las baterías.

Por último, el término inteligente hace referencia a la existencia de un sistema de gestión y coordinación entre los diferentes sistemas de almacenamiento distribuido. 30 Éste, es el...

._,

1. Sistema híbrido de almacenamiento de energía que comprende al menos un subsistema de almacenamiento híbrido, que a su vez comprende:

• al menos una batería (1) Y al menos un supercondensador (2) para hacer frente a las variaciones de energía de acción rápida así como el suministro de energía de una manera continua;

• al menos un convertidor de potencia (3, 4, 5) dispuesto entre la batería (1) y I

o el supercondensador (2) y la red eléctrica (6) , y

• al menos un sistema de coordinación y de gestión (7) para recibir información sobre el estado de energía de cada subsistema de almacenamiento híbrido y la red eléctrica (6) y la gestión de la energía que necesita el sistema, conectado a cada convertidor de potencia (3, 4, 5 ) por un subsistema de comunicación (8) ,

caracterizado por:

• ser los convertidores de potencia (3, 4, 5) bidireccionales,

• conectarse en diferentes nodos (6) de una red eléctrica.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, utilizado en una red eléctrica residencial o industrial.

3. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, utilizado para compensar huecos de tensión.

4. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3, utilizado para gestionar la demanda de recarga local de vehículos eléctricos.

5. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2 o 3 o 4, utilizado para gestionar la integración de energías renovables.