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Almacenamiento eléctrico en la distribución: Un cambio de paradigma por la economía y calidad de los sistemas eléctricos
#Almacenamiento#AlmacenamientoDistribuido#Energía #Renovable#GestiónPública
#DesarrolloDeProyectos #ProyectosDeInversión #ColaboraciónPúblicoPrivada
Autor: Sergio Bravo Orellana Profesor de ESAN Graduate School of Business
Colaboradores académicos: Yajaira Tácunan, Willynthom Vargas
I.Introducción
Los sistemas de almacenamiento de energía han experimentado una rápida expansión en los mercados energéticos a nivel mundial, lo que ha generado nuevas oportunidades en diversos sectores. Gracias a los avances tecnológicos, estos sistemas han evolucionado, pasando de soluciones a pequeña escala a infraestructuras de gran escala[1]. Esta transformación permite una mayor flexibilidad en la operación de la oferta y en la gestión de la demanda de los sistemas eléctricos. La creciente adopción de estos sistemas traerá, a medida que se difundan, una serie de beneficios para los sistemas eléctricos, tales como la reducción de las tarifas eléctricas, la mejora de la calidad y continuidad en la provisión del servicio, un mayor acceso a la generación de energía renovable y de gas, así como una disminución de los efectos de la congestión en los sistemas de transmisión.
Algunos de los beneficios descritos se están dando con los esfuerzos que realizan las generadoras hidráulicas y renovables al invertir en sistemas de almacenamiento en zonas cercanas al punto de generación, el mayor efecto se dará cuando se empiece a instalar los sistemas de almacenamiento en los puntos de distribución de la energía, sea en las empresas distribuidoras o en los clientes libres. Si se instalan en el punto de generación la optimización la realiza principalmente el generador propietario del almacenamiento; no obstante, si se instalaran en el ámbito de las empresas distribuidoras, se maximizarán los beneficios señalados.
Por lo anterior, este documento analiza los beneficios de la instalación de los sistemas de almacenamiento en los puntos de distribución, escenario donde las inversiones en almacenamiento son responsabilidad de las empresas distribuidoras. Esto permitirá que el conjunto de las empresas generadores aproveche los sistemas de almacenamiento para mejorar la calidad, frecuencia y continuidad del suministro de energía, teniendo la distribuidora la administración de la compra eficiente de energía, almacenando en base y entregando en punta, distribuyéndola y haciendo frente incluso a interrupciones del suministro. Este escenario favorecería las inversiones en centrales de energías renovables pues administraría sus actuales problemas de generación, pero también se verían favorecidas las inversiones en centrales a gas pues tendrían una ampliación de la demanda para operar más horas al día, pues el almacenamiento disminuiría la demanda en punta trasladándola a un incremento de la demanda de menor costo y a una demanda fuera de punta, los efectos dependerán de la capacidad de almacenamiento que se instale en el sistema, pero es una tendencia inevitable.
II.Beneficios de la implementación de sistemas de almacenamiento en la etapa de distribución
Los sistemas de almacenamiento de energía instalados en las subestaciones de distribución permiten optimizar la operación del sistema eléctrico, especialmente en lo que respecta a la compra, distribución y transmisión de energía. Como consecuencia, se obtendrán un conjunto de beneficios que favorecerán tanto a los consumidores finales como a los clientes libres. Estos beneficios se reflejarán en cada etapa del sistema eléctrico, a continuación, se desarrollarán los principales.
2.1. Beneficios de las empresas distribuidoras
2.1.1.Reducción de Precio Promedio de la energía por reconfiguración de su Diagrama de Compra
Si una empresa distribuidora contara con sistemas de almacenamiento podría administrar con mayor eficiencia a sus adquisiciones de compra de electricidad, planificando las adquisiciones de energía y gestionando sus contratos de suministro para reducir el costo del mismo. A pesar de que el Diagrama de Carga del consumo de los usuarios finales no sufre modificaciones respecto a sus operaciones normales, el Diagrama de Carga del suministro de energía puede cambiar sustancialmente permitiendo una adquisición de energía más eficiente reduciendo los costos de las compras de energía eléctrica.
Si en una determinada empresa de distribución encontramos el diagrama de carga, con consumos de energía en un bloque de Horas de Punta y otro bloque fuera de Punta, donde los precios promedio de la compra de la energía serán mayores que en punta (eP), que en fuera de punta (eFP). Estos diagramas de carga se presentarán en las distintas subestaciones de las distribuidoras.
Gráfico 1. Diagrama de carga de un punto de distribución y precios promedio en MWh
Fuente COES: Elaboración Propia
La instalación de los sistemas de almacenamiento permitirá a la distribuidora una administración más eficiente de las compras de energía. Guiados por los precios de la energía, las adquisiciones se elevarán en las horas fuera de punta y se dejará de comprar la misma cantidad de energía en horas de punta, periodo en el cual la empresa distribuidora podrá utilizar la cantidad de energía adquirida y almacenada. Este efecto se puede apreciar en el gráfico 2.
Gráfico 2. Cambios en la compra de energía en hora punta y fuera de punta
Fuente: Elaboración Propia
Como se aprecia, la compra de energía en horas fuera de punta se incrementa y se refleja en una reducción de la compra de energía en horas de punta, teniendo como consecuencia un ahorro en la compra de energía. Este es el mismo efecto que se tendría en cada subestación donde se instalen las baterías de almacenamiento, ocasionando un efecto agregado de traslado de un cierto nivel de adquisiciones de energía que se compraba en horas de punta, ahora en horas fuera de punta. Nótese en el gráfico 3 que el perfil del diagrama de carga ha cambiado, sugiriendo un diagrama de carga con tendencia a ser horizontal, que claro, dependerá de la capacidad de almacenamiento que se utilice.
Gráfico 3. Reconfiguración del diagrama de carga de un punto de distribución
Fuente: Elaboración Propia
En el gráfico anterior también se puede apreciar la modificación de los precios de energía en los periodos de punta y fuera de punta, como se adquiere mayor energía en las horas fuera de punta, el precio se incrementa (de eFP a e’FP), pues posiblemente ingresarán centrales que marginan con un costo mayor. Por otro lado, la energía en horas punta es adquirida a un menor precio, por lo tanto, se encontrará un ahorro por precio (de eP a e’P).
En el grafico 4, se puede visualizar el beneficio que obtendría la empresa distribuidora a partir de la valorización de la Energía en Punta (EP) al precio de la energía en punta (eP) antes de la instalación del sistema de almacenamiento menos la valorización de la Energía en Punta (E’P) al precio de la energía en punta (e’P) con el sistema de almacenamiento, donde se reduce la energía comprada y también los precios.
Gráfico 4. Identificación de los beneficios a partir la reconfiguración de la estructura del diagrama de carga
Fuente: Elaboración Propia
También se puede visualizar el costo que obtendría la empresa distribuidora a partir de la valorización de la Energía Fuera de Punta (E’FP) al precio de la energía fuera de punta (e’FP) después de la instalación del sistema de almacenamiento, menos la valorización de la Energía Fuera de Punta (EFP) al precio de la energía fuera de punta (eFP) antes de la instalación del sistema de almacenamiento, tomando en consideración que se incrementa la energía comprada y también los precios.
Costo = E’FP * e’FP - EFP * eFP
Considerando que las diferencias de energía que se adquiere fuera de punta será la reducción de la energía adquirida en punta:
E’FP - EFP = E’P - EP
El Beneficio/Costo en términos de ahorro en la compra de energía en una empresa distribuidora se daría por la siguiente relación.
B/C = (Ep * ep - E’p * e’p ) – (E’FP * e’FP - EFP * eFP)
2.1.2.Reducción de los cargos de potencia
En el marco regulatorio y tarifario se establecen los cargos por potencia o máxima potencia utilizada que se aplican a las empresas distribuidoras[2]. Presentaremos los principales conceptos relacionados con la potencia que una empresa distribuidora se vería beneficiada con los sistemas de almacenamiento, tomando en consideración la reducción vista en el diagrama de carga, que se darían todos los días y en forma simultánea en todas las subestaciones de la distribución donde se implementaron los sistemas de almacenamiento, generando el efecto de aplanamiento del diagrama de carga y, por lo tanto, se reduce la demanda máxima.
Gráfico 5. Reconfiguración del diagrama de carga en cada punto de distribución generando una reducción de la demanda máxima
Se reduciría el Peaje de Potencia por Uso del Sistema de Transmisión que las distribuidoras deben pagar por el uso de las líneas de transmisión del sistema garantizado, lo cual incluye un cargo por la capacidad de transporte requerida vinculado a la demanda máxima coincidente en el sistema de transmisión, calculada con la potencia máxima medida en períodos de alta demanda.
Los Cargos por Reserva de Capacidad disminuirían, pues está asociada con la capacidad que el sistema de generación tiene para atender la demanda máxima de las distribuidoras, calculada también en función de la demanda máxima coincidente. Igual sucederá con los Cargos por Demanda de Potencia en el Punto de Suministro, que se les aplican por la potencia máxima medida en esos puntos.
Si la potencia máxima demandada por la distribuidora excede la contratada puede enfrentar penalizaciones. No obstante, con los sistemas de almacenamiento puede evitar Penalizaciones por Exceso de Potencia pues se administraría con mayor eficiencia la máxima demanda. También evitaría Cargos por el Factor de Potencia porque mejoraría su factor evitando inversiones en compensación reactiva.
2.2.Beneficios en Sistema de Transmisión
2.2.1.Reducción de los problemas de congestión
Los problemas de congestión se dan cuando la capacidad física o técnica de una línea de transmisión eléctrica es insuficiente para transportar toda la energía eléctrica desde la generación hasta los puntos de consumo, pues no pueden soportar el flujo requerido debido a limitaciones térmicas, de estabilidad o de caída de tensión.
La congestión trae como consecuencia la reducción de la confiabilidad, incremento de las pérdidas de energía y mayores restricciones operativas, fallas, mantenimientos no planificados o eventos climáticos extremos. Algunas veces se recurren a fuentes de generación más costosas o menos eficientes para suplir la demanda local.
Los sistemas de almacenamiento alivian problemas de congestión sobre todo en los picos de demanda pues absorben las variaciones de demanda en tiempo real, evitando sobrecargar las líneas de transmisión durante periodos pico. Actúan como elementos flexibles y dinámicos dentro del sistema eléctrico, permitiendo el desplazamiento de Carga en el Tiempo: durante periodos de baja demanda las baterías almacenan energía excedente en las áreas de generación y en momentos de alta demanda, liberan esta energía cerca de los centros de consumo, reduciendo la necesidad de transportar grandes flujos a través de líneas congestionadas.
Gráfico 6. Cambios en los costos generados por la congestión en momentos de demanda máxima
Instalando almacenamiento en puntos estratégicos de la red, se disminuye la necesidad de transferir grandes volúmenes de energía a través de líneas congestionadas, optimizando el uso del sistema existente.
2.2.2.Reducción de las pérdidas y los factores de pérdidas en los sistemas de transmisión
Como se ha sostenido, con la instalación de sistemas de almacenamiento en las empresas distribuidoras se puede gestionar de manera más eficiente la adquisición de energía. Durante las horas de punta, cuando los costos de la energía son más altos debido a la elevada demanda, las subestaciones con almacenamiento pueden reducir su consumo de energía desde la red eléctrica pues liberan energía previamente almacenada, que ha sido adquirida en las horas fuera de punta, cuando los precios de la energía son más bajos.
Esta estrategia comercial contribuye a aumentar el factor de el factor de carga[3] de las adquisiciones de energía, que se traduce en un uso más eficiente de los recursos de generación y transmisión. El uso de almacenamiento en las subestaciones de distribución no solo beneficia a las distribuidoras, sino que también impacta positivamente en los sistemas de transmisión.
2.2.3.Uso uniforme de la Transmisión e impacto en los factores de pérdida
Al reducir la demanda durante las horas pico, se evita la sobrecarga de las líneas de transmisión, permitiendo un flujo más uniforme de energía. Esto reduce el estrés en las líneas, minimizando el riesgo de congestión y asegurando una operación más estable del sistema. Un flujo más uniforme de energía también contribuye a la reducción de las pérdidas en las líneas de transmisión, ya que estas pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente que fluye por las líneas[4]. Los picos de demanda (momentos en los que se transporta mucha energía) generan altas corrientes en las líneas, lo que incrementa las pérdidas Joule, con menores variaciones en el flujo de energía, las pérdidas totales disminuyen, incrementando la eficiencia global del sistema eléctrico.
Cuando se instala un sistema de almacenamiento en un punto de distribución, este almacena durante las horas de baja demanda (cuando las líneas están menos cargadas) y libera durante las horas de alta demanda (cuando las líneas suelen estar más cargadas), esto reduce los picos de corriente en las líneas de transmisión y hace que el flujo de energía sea más uniforme a lo largo del tiempo. Como resultado, el factor de carga de las líneas aumenta.
Al evitar picos de corriente, las pérdidas Joule en las líneas se reducen porque estas son proporcionales al cuadrado de la corriente. Es decir, un flujo más uniforme requiere menos corriente máxima para transmitir la misma cantidad de energía, disminuyendo significativamente las pérdidas.
Los factores de pérdidas en un nodo indican cuánto contribuyen las pérdidas de transmisión al costo total de la energía en ese punto. Si las pérdidas en las líneas se reducen gracias al uso del almacenamiento, el impacto de las pérdidas sobre el costo de la energía disminuye. Esto se traduce en factores de pérdidas más bajos para ese nodo, reflejando que ahora es más eficiente -y a un menor costo- transportar energía hasta allí. La disminución de las pérdidas en el sistema de transmisión tiene un efecto directo sobre los precios marginales de la energía[5]. En los mercados eléctricos, los precios marginales consideran, entre otros factores, las pérdidas de transmisión como un componente clave. Al reducir estas pérdidas mediante el uso de almacenamiento, los precios marginales se ven estabilizados y los factores de expansión que los incrementan disminuyen.
Se puede decir que antes de la instalación de almacenamiento los picos de demanda generan altas corrientes, altas pérdidas de transmisión y factores de pérdidas elevados en el nodo; luego del almacenamiento, el flujo de energía es más uniforme, las corrientes máximas disminuyen, las pérdidas de transmisión se reducen, y los factores de pérdidas en el nodo también disminuyen.
2.3.Beneficios en la Generación de Energía
2.3.1.Incremento de la Calidad del Funcionamiento de la Generación Eléctrica
La instalación de sistemas de almacenamiento en la distribución mejora la calidad del funcionamiento de la generación en un sistema eléctrico, impactando en la reducción de la variabilidad en la generación, pues el almacenamiento amortigua cambios bruscos en la demanda que de otro modo podría afectar el despacho de los generadores. Esto reduce las oscilaciones de carga que los generadores deben manejar, optimizando su operación. Incrementa la eficiencia operativa de las plantas generadoras, pues al suavizar las fluctuaciones en la demanda, la programación del despacho de los generadores puede realizarse considerando una operación cerca de sus puntos de máxima eficiencia, lo que reduce el consumo de combustible por unidad de energía producida y extiende la vida útil de los equipos. Además, considerando que los ciclos de arranque y parada frecuentes generan desgaste mecánico y aumentan los costos de mantenimiento en la generación, con los sistemas de almacenamiento, estos ciclos se reducen, ya que el almacenamiento puede suplir necesidades de corto plazo en lugar de requerir ajustes continuos de los generadores, disminuyendo el estrés en los generadores.
Los sistemas de almacenamiento en las distribuidoras incrementan la confiabilidad del sistema, pues actúan como un colchón energético, proporcionando una fuente inmediata de energía en caso de fallas en la generación o aumentos repentinos de la demanda. Esto mejora la estabilidad del sistema y minimiza las interrupciones. Igual ayuda en el soporte de contingencias, en eventos como fallas en líneas de transmisión o paradas imprevistas de generadores, los sistemas de almacenamiento pueden inyectar energía rápidamente, evitando apagones y permitiendo que el sistema vuelva a la normalidad con mayor rapidez.
2.3.2.Regulación de la frecuencia y disminución de costos de generación para regular la frecuencia
Los sistemas de almacenamiento pueden responder casi instantáneamente a variaciones en la frecuencia del sistema, proporcionando o absorbiendo energía cuando sea necesario. Esto alivia la carga de regulación a los generadores, permitiéndoles concentrarse en su operación primaria y reduciendo la necesidad de generación adicional para balanceo
Gráfico 7. Regulación de la frecuencia mediante coordinación a través del sistema de almacenamiento
En ausencia de almacenamiento, los operadores deben mantener generadores de respaldo en línea para cubrir variaciones inesperadas en la demanda o generación. Con almacenamiento, estos generadores pueden operar con menos frecuencia, reduciendo costos y emisiones[6].
En consecuencia, se tendrá una disminución de la Generación Adicional para Regulación, pues se tendrá un menor uso de unidades de generación rápida[7]. Los sistemas de almacenamiento pueden asumir esta función de regulación de frecuencia de manera más eficiente.
Mejor equilibrio entre oferta y demanda: Con el almacenamiento, se pueden manejar desbalances momentáneos sin necesidad de sobredimensionar la generación, lo que resulta en un sistema más económico y sostenible.
En resumen, los sistemas de almacenamiento no solo optimizan la generación eléctrica, sino que también contribuyen a la sostenibilidad, la estabilidad económica y la calidad del sistema eléctrico. Esta tecnología se perfila como un pilar clave para la modernización de las redes eléctricas y la transición hacia un modelo energético más eficiente y sostenible.
2.3.3.Promoción de las Inversiones en Centrales a Gas
En el sistema de generación eléctrica, se tienen centrales térmicas a gas, de ciclo simple como de ciclo combinado. Las Centrales a Gas de Ciclo Combinado son centrales que alcanzan eficiencias superiores al 60% y capacidad para operar de manera continua, por lo que son ideales para la generación base y media para lo cual necesitan funcionar con un factor de carga alto. Las Centrales a Gas de Ciclo Simple operan con eficiencias que oscilan entre el 30% y 40%, por lo que se utilizan principalmente como plantas de respaldo o para cubrir demandas pico debido a su rápida respuesta y capacidad para arrancar y detenerse con facilidad. Estas características hacen que ambas tecnologías sean complementarias en el sistema eléctrico, contribuyendo a la flexibilidad y confiabilidad del suministro energético.
Se ha sustentado que los sistemas de almacenamiento en las distribuidoras permiten aplanar la curva de demanda de las distribuidoras y del sistema eléctrico en su conjunto, reduciendo la variabilidad en la demanda, favoreciendo un despacho más constante y predecible para las plantas generadoras, incrementado el factor de carga pues las generadoras pueden operar de forma más constante, maximizando la utilización de su capacidad instalada.
Las plantas de ciclo combinado a gas son más eficientes en operación continua, al operar con un despacho más uniforme, estas plantas pueden alcanzar un mayor factor de planta, mejorando su eficiencia operativa, reduciendo los costos por mantenimiento asociado a arranques y paradas frecuentes y la optimización del uso del combustible. Esto permite disminuir los costos nivelados de generación (LCOE[8]), por sus siglas en inglés), ya que los costos fijos se reparten en una mayor cantidad de energía generada, incrementando su competitividad frente a otras opciones de generación. La rentabilidad de las plantas de ciclo combinado depende, en gran medida, de su capacidad para operar de manera constante y sostenida.
La instalación de sistemas de almacenamiento en la red de distribución también puede aumentar la competitividad y rentabilidad de las centrales a gas de ciclo simple por varias razones técnicas y económicas. Las centrales a gas de ciclo simple tienen la capacidad de responder rápidamente a cambios en la demanda, pero su operación no es tan eficiente como otras tecnologías para generación continua. Pero estas centrales pueden tener un rol complementario con el almacenamiento, reduciendo la necesidad de arranques y paradas frecuentes, disminuyendo costos de operación y desgaste de equipos, operando de manera más estable y cerca de su punto óptimo de eficiencia durante períodos más prolongados, reduciendo costos específicos por megavatio-hora generado.
2.3.4. Promoción de las inversiones en energía renovable
La instalación de Sistemas de Almacenamiento en los puntos de distribución de electricidad constituye una estrategia fundamental para la optimización de las redes eléctricas modernas, especialmente en un contexto de creciente penetración de energías renovables intermitentes como la solar y la eólica.
Los sistemas de almacenamiento permiten mitigar las fluctuaciones inherentes a las fuentes renovables intermitentes. Por su naturaleza, la generación eólica y solar depende de condiciones climáticas y del momento del día, lo que puede generar desequilibrios entre la producción y la demanda. En los momentos en que la generación excede el consumo, como puede ocurrir durante un mediodía soleado en sistemas fotovoltaicos, o días de buen viento en centrales eólicas, los sistemas de almacenamiento capturan esta energía excedente para liberarla en horas de mayor demanda o en situaciones de baja generación renovable. Este almacenamiento no solo evita el desperdicio de energía, sino que también reduce la necesidad de activar plantas generadoras convencionales, disminuyendo así las emisiones de gases de efecto invernadero y los costos operativos.
Otro aspecto crucial es la capacidad de los sistemas de almacenamiento para mejorar la regulación de frecuencia en la red eléctrica. Las fuentes renovables, debido a su variabilidad, pueden introducir desequilibrios que afectan la frecuencia del sistema, lo que podría comprometer la estabilidad de la red si no se gestiona adecuadamente. Los sistemas de almacenamiento responden rápidamente a estos desequilibrios al inyectar o absorber energía según sea necesario, lo que ayuda a mantener la frecuencia dentro de los límites aceptables y asegura un suministro eléctrico confiable, al actuar como un amortiguador, absorbiendo o liberando energía rápidamente según las necesidades del sistema. Esto mejora la estabilidad operativa y minimiza el riesgo de apagones o fallos en la red.
2.4.Beneficios para el sistema eléctrico y el consumidor
2.4.1.Reestructuración de la curva de demanda del sistema
La instalación de sistemas de almacenamiento de energía en la red de distribución aporta múltiples beneficios que trascienden los límites de cada punto de instalación. Se había sostenido que estos sistemas permiten optimizar el perfil de adquisición de energía al suavizar el diagrama de carga y las variaciones en la demanda. Durante las horas de baja demanda (horas fuera de punta), se puede almacenar energía, la cual se utiliza posteriormente en las horas de alta demanda (horas punta), disminuyendo la adquisición en estas horas. Esto resulta en un aplanamiento de la curva de adquisición o del diagrama de carga en cada punto de distribución, ya que se reduce la necesidad de comprar energía en los momentos más costosos y se aprovechan mejor las tarifas más bajas de las horas valle.
Pero algo resaltante es que cuando se suman los diagramas de carga de todos los puntos de distribución que han sido modificados por la incorporación de almacenamiento, el efecto agregado en el sistema eléctrico completo es una mayor estabilidad y un aplanamiento más generalizado de la curva de demanda o del diagrama de carga. Esta transformación tiene implicaciones significativas en el despacho de generación eléctrica, ya que un diagrama de carga más plano reduce las fluctuaciones de la demanda total, permitiendo una planificación más eficiente y predecible del sistema.
Como resultado, las plantas generadoras con costos marginales más bajos o medios (por ejemplo, renovables, hidroeléctricas o algunas térmicas de alta eficiencia) tendrán mayores oportunidades de participar en el despacho de energía, mientras que se minimiza el uso de centrales con costos marginales más altos o de aquellas que se encuentran operando en reserva. Esto no solo optimiza los costos de generación, sino que también mejora la sostenibilidad del sistema al reducir la dependencia de tecnologías menos eficientes y más contaminantes. En términos operativos, este modelo redefine la gestión del despacho eléctrico, priorizando recursos más económicos y confiables, lo cual también contribuye a la resiliencia y flexibilidad del sistema energético frente a fluctuaciones imprevistas en la demanda.
2.4.2.Cuantificación de los efectos en costos marginales del sistema
La instalación de sistemas de almacenamiento en puntos estratégicos de la red de distribución tiene un impacto significativo en la estructura de costos del sistema eléctrico y, por ende, en las tarifas finales que pagan los usuarios. Este impacto se explica principalmente por dos efectos interrelacionados: el aplanamiento del diagrama de carga del sistema eléctrico en su conjunto y la reducción de pérdidas en la transmisión y distribución.
Cuando los sistemas de almacenamiento contribuyen a aplanar la curva de carga, la demanda máxima durante las horas punta se reduce, mientras que la demanda en horas valle aumenta debido al almacenamiento de energía en estas horas. Este cambio reduce la necesidad de despachar centrales eléctricas con costos marginales altos, como las centrales térmicas a base de petróleo, que suelen operar solo en momentos de alta demanda o como reserva. En su lugar, una mayor proporción de la energía demandada puede ser cubierta por centrales con costos marginales bajos o medios, como plantas hidroeléctricas, a gas de ciclo combinado o de energía renovable, que suelen operar como centrales de base.
Al disminuir la frecuencia y magnitud del despacho de centrales caras, el costo marginal del sistema eléctrico, que está estrechamente relacionado con el precio de la electricidad en los mercados mayoristas, también se reduce. Esto genera un efecto en cadena: menores costos de generación conducen a menores tarifas eléctricas para los consumidores finales, tanto residenciales como comerciales e industriales.
Gráfico 8. Reconfiguración de costos marginales del sistema eléctrico por la incorporación de energía renovable continua por almacenamiento
Nota: Cálculos realizados mediante el programa GAMS con el sistema actual del sistema eléctrico peruano. Se considera el ingreso de energía renovable en los tres bloques de generación.
Gráfico 9. Costos marginales promedio de energía con y sin incremento de la participación de energía renovable en $ MWh
Nota: Con el funcionamiento prolongado de los bloques horarios abastecidos por energía renovable del sistema eléctrico actual. El promedio de costos marginales se reduciría en aproximadamente el 16% solo con una participación más prolongada de la energía renovable en el sistema eléctrico.
Otro beneficio importante de los sistemas de almacenamiento es la disminución de las pérdidas eléctricas, particularmente las conocidas como pérdidas Joule, que ocurren durante la transmisión de la electricidad. Estas pérdidas están directamente relacionadas con la intensidad de la corriente eléctrica, que tiende a ser mayor durante las horas de punta debido al aumento de la demanda. Con el almacenamiento, se incrementa la proporción de energía adquirida durante las horas fuera de punta, cuando las corrientes son menores, lo que contribuye a reducir las pérdidas Joule en las líneas de transmisión y distribución. Esta disminución de las pérdidas no solo optimiza la eficiencia del sistema, sino que también reduce los costos asociados al transporte de energía desde las centrales generadoras hasta los centros de distribución y, finalmente, a los consumidores.
El efecto combinado del aplanamiento del diagrama de carga y la reducción de pérdidas también afecta positivamente la dispersión de precios en el sistema eléctrico, es decir, la diferencia de precios entre los nodos centrales (ubicaciones cercanas a las plantas generadoras) y los puntos de entrega en los centros de distribución. Al reducir las pérdidas y optimizar el despacho de generación, la expansión de precios -expresados en los factores de pérdidas- entre estos puntos se minimiza, logrando un sistema más equitativo y eficiente en términos económicos. Al combinar este efecto con la reducción del costo marginal de generación, el precio promedio de la electricidad disminuye, lo que beneficia tanto a los usuarios finales como al sistema eléctrico en su conjunto.
La instalación de sistemas de almacenamiento en los puntos de distribución no solo transforma la manera en que se gestiona la demanda y la oferta de energía, sino que también genera beneficios económicos y operativos sustanciales. Por un lado, reduce los costos marginales del sistema eléctrico al desplazar el despacho hacia centrales de base más económicas y al minimizar la participación de plantas con costos altos. Por otro lado, disminuye las pérdidas eléctricas, lo que contribuye a una reducción adicional en los precios de la energía en las barras de los puntos distribución. El resultado es un sistema eléctrico más eficiente, con precios promedio de electricidad más bajos y una menor variabilidad de precios entre los diferentes puntos de entrega, beneficiando tanto a los usuarios finales como a la sostenibilidad financiera del sistema.
III.Conclusión
En conclusión, la instalación de sistemas de almacenamiento de energía en los puntos de distribución optimiza la gestión eléctrica al aplanar la curva de demanda, reducir costos marginales y minimizar pérdidas de transmisión. Esto no solo favorece a las empresas distribuidoras en términos de eficiencia y ahorros, sino que también promueve la sostenibilidad del sistema eléctrico al aumentar la participación de fuentes renovables y mejorar la confiabilidad del suministro. La evolución hacia una red eléctrica más eficiente y económica es, por lo tanto, un paso inevitable y beneficioso para todos los actores involucrados.
[1] Con la implementación de baterías de litio, plomo, níquel y sus distintas variantes
[2] Regulación que es administrada por el Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería (OSINERGMIN).
[3] El factor de carga mide qué tan uniformemente se utiliza una línea de transmisión durante un periodo. Si la energía fluye de manera más constante a lo largo del tiempo, el factor de carga es más alto. Por el contrario, si hay picos y valles significativos en el flujo, el factor de carga disminuye
[4] Las pérdidas Joule, son la energía disipada en forma de calor cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor con resistencia. Estas pérdidas se calculan mediante la fórmula: PJoule=I2 * R ; donde I es la corriente que atraviesa el conductor y R es la resistencia del conductor.
[5] PNodo = Pbarra_base + ∇Ppérdidas * costo marginal
[6] Reducción del costo por combustibles: Al disminuir la necesidad de generación adicional, se ahorra en el uso de combustibles fósiles, lo que también reduce las emisiones de CO2.
[7] Como las turbinas de gas, suelen ser menos eficientes y más caras de operar.
[8] Los costos nivelados de generación se conocen en inglés como “Levelized Cost of Energy” (LCOE). Este término se utiliza ampliamente para comparar el costo promedio de generación de diferentes tecnologías a lo largo de su vida útil, considerando costos de inversión, operación, mantenimiento, combustible, y financiamiento.