Actualment, les tecnologies de les bateries de ions de liti dominen el mercat d’emmagatzematge d’energia, un sector important i en creixement a mesura que s'aposta per la generació d’energia renovable variable amb fiabilitat per ajudar a descarbonitzar el sistema energètic global.
El modelatge actual no és gaire representatiu de com funcionen realment aquestes bateries, ja que sovint, aquests models no tenen en compte la degradació ni la vida útil de les bateries, cosa que directament afecta als costos i al valor afegit del sistema d'emmagatzematge d'energia.
Per solucionar això, Sakti va treballar amb col·legues del Laboratori de Sistemes d’Informació i Decisió (LIDS) del MIT per investigar sis representacions matemàtiques, incorporant creixents graus de detall i representació de la degradació de la bateria, per avaluar els ingressos del mercat d’energia i la capacitat generats a partir del aparellament d’un sistema d’emmagatzematge d’energia de bateria d'Ió-Li (BESS) amb un parc eòlic marí.
Es va analitzar, primer l'actual mètode de modelatge predominant, que suposa quantitats fixes per a elements del rendiment de la bateria, com ara l’eficiència de càrrega i descàrrega, la potència nominal, i sense descuidar la degradació que es produiria a causa de la disminució de la capacitat de la bateria amb el pas del temps i amb els cicles. Es va desenvolupar i avaluar cinc millorats models que millor reflecteixen el com funcionaria una bateria en un espai físic, tenint en compte aquesta degradació de la capacitat, així com els límits de potència deguts al seu estat de càrrega i eficiència en funció de la potència de descàrrega. La seva investigació revela que el valor potencial d'una bateria està directament lligat a la forma en què es descarrega i com circula l'energia.
Després de comparar els cinc avançats models, es va determinar que el plantejament "SUM" era la millor opció per avaluar el seu cas d'estudi: un parc eòlic marí a Nova York.
Una característica important d’aquest model en particular, és que explica la degradació ja que la suma de la capacitat que s’esvaeix a les cel·les de la bateria causada pels cicles (resultant de carregar i descarregar la bateria) i l’envelliment pel pas del temps, independentment de l’ús. Amb aquest enfocament, una determinada bateria, només funciona si els ingressos cobreixen els costos de la capacitat.
Utilitzant el model SUM amb dades de preus i eòlics per a Nova York durant el 2010-2013, es va avaluar quatre dissenys de sistemes eòlics offshore amb emmagatzematge de bateries:
1.- Parc eòlic offshore sense BESS,
2.- Un BESS situat a terra,
3.- Un BESS situat a alta mar
4.- Un sistema híbrid que utilitza BESS tant a terra com a alta mar per avaluar els impactes de la ubicació del sistema de bateries en la seva rendibilitat global.
Després d’incorporar altres factors de decisió, com la reducció del vent, la mida del cable i el BESS, es va veure que la localització del sistema de bateries a terra mentre funcionava dins del seu rang del SoC, s'obté el màxim potencial d’ingressos de manera que, pot compensar els costos relacionats amb la degradació.
Sovint, l'emmagatzematge d'energia s'identifica com un factor clau per a una expansió a gran escala d'energies renovables a la xarxa elèctrica. No obstant això, les bateries segueixen sent un nou tipus d'actiu al sistema elèctric de manera que sorgeixen moltes preguntes sobre com utilitzar-les millor. Aquesta recerca, sobre la representació millorada de la bateria en models d'optimització del sistema d'energia, permet vies avaluacions més realistes i eficients cap a un sistema d'energia descarbonitzat.
Amb aquesta finalitat, es va demostrar que els ingressos de les bateries es poden sobreestimar significativament quan s’utilitza el model menys avançat emprat actualment per avaluar el valor afegit d’una bateria en un determinat sistema d’emmagatzematge d’energia. Utilitzant el model avançat, es va tenir en compte els canvis en l’eficiència de la bateria, els investigadors van demostrar que els ingressos de la bateria en els mercats d’energia i de capacitat pel cas de prova, no eren prou grans com per recuperar els costos d’inversió de la bateria. El valor afegit d’un MWh d’emmagatzematge d’energia va variar entre 2 i 4,50 US$ per MWh d’energia eòlica, cosa que va comportar un cost de les bateries per l'equilibri del sistema que oscil·lava entre els 50 i els 115 US$ per kWh.
Amb aquestes avançades hipòtesis de modelització de les bateries, es pot estimar amb més precisió el valor dels actius d'emmagatzematge d'energia, cosa que ajudarà a prendre futures decisions sobre les inversions i les operacions. A més, tenir en compte el rendiment dinàmic i el comportament de degradació de l'emmagatzematge d'energia de les bateries pot canviar l'avaluació del valor econòmic i proporcionar l'oportunitat a altres tecnologies emergents, com ara les bateries de flux o l'emmagatzematge basat en hidrogen, mitjançant comparacions més precises.
Amb les preocupacions sobre un bloqueig de tecnologia de bateries de ions de liti [que, en essència, significa que aquesta tecnologia dominant expulsaria els seus competidors, com ho demostren les multiples fallides a la indústria de les bateries], aquest anàlisi, pot ajudar als inversors i als responsables polítics per entendre millor les compensacions i poder prendre decisions a nivell de recerca. També, millorar la comptabilització dels costos i els beneficis del cicle de vida en múltiples aplicacions més enllà de l’ús principal d’aquestes bateries, per exemple, l’ús d’una bateria per a serveis secundaris de xarxa un cop hagi arribat al final de la seva vida en un cotxe.
En futures investigacions, es preveu estudiar una gamma més àmplia de químiques de bateries i el seu potencial valor en comparació amb les bateries de ions de liti. També es considerarà altres variacions espai-temporals que podrien afectar el valor de l’ emmagatzematge d’energia, com ara ubicacions geogràfiques, aplicacions de bateries.
En general, es vol desenvolupar anàlisis millorats per a sistemes energètics baixos en carboni, que això inclou algoritmes computacionalment eficients que poden resoldre la variabilitat i la incertesa dels recursos renovables, i també modelar formulacions que poden respondre a preguntes clau sobre el disseny del mercat elèctric i la política energètica-ambiental que afecten la transició energètica arreu de tot el món.
Font: Massachusetts Institute of Technology
