Renewable-Battery Hybrid Power Plants in Congested Electricity Markets: Implications for Plant Configuration

Las plantas híbridas de energía renovable y baterías están tomando un papel central en el futuro de la generación eléctrica, especialmente en regiones donde la infraestructura de transmisión está limitada y la congestión impide el flujo eficiente de energía. Este fenómeno se ha vuelto cada vez más relevante a medida que la penetración de energía solar y eólica ha aumentado, obligando a los desarrolladores y planificadores de redes a considerar soluciones que optimicen tanto la generación como la integración de energía. En este contexto, se ha investigado cómo las configuraciones de plantas híbridas pueden maximizar su valor económico en mercados congestionados, enfocándose tanto en la contribución energética como en la capacidad durante las horas de mayor demanda.

Un aspecto crucial de este análisis es la distinción entre dos tipos de regiones congestionadas: las áreas con abundante generación renovable y las que concentran una alta demanda. Las primeras se caracterizan por tener precios de energía más bajos debido al exceso de generación, mientras que las segundas presentan precios más altos por la escasez de oferta local y la dificultad de importar energía desde otras regiones. Este contraste influye en cómo se valora la energía producida por plantas híbridas y en la estrategia de almacenamiento que resulta más rentable. En las áreas ricas en renovables, el almacenamiento permite capturar la energía excedente y redistribuirla durante los picos de precios, aumentando significativamente el valor económico de estas plantas. En contraste, en los centros de demanda, el almacenamiento no solo ofrece la posibilidad de responder a los picos de precios, sino que también contribuye a aliviar las restricciones de transmisión, reduciendo la presión sobre la red local.

El análisis también revela la importancia de la duración del almacenamiento en el valor agregado de las plantas híbridas. Los resultados muestran que extender la capacidad de almacenamiento de una a cuatro horas mejora sustancialmente la rentabilidad de la planta, tanto en términos de energía vendida como de contribución a la capacidad del sistema. En promedio, el aumento en valor es del 29% para la energía solar y del 27% para la eólica cuando se pasa de una a cuatro horas de almacenamiento. Sin embargo, aumentar la duración del almacenamiento más allá de las cuatro horas no ofrece un incremento proporcional en el valor, lo que sugiere que la mayoría de los beneficios económicos se alcanzan con almacenamiento de corta duración. Este hallazgo es particularmente relevante para los desarrolladores, ya que les permite optimizar la inversión en baterías sin incurrir en costos innecesarios.

Otro factor determinante es la capacidad de las baterías para cargarse desde la red, además de la generación renovable. Permitir esta opción amplifica la flexibilidad operativa de las plantas híbridas, ya que facilita la captura de oportunidades de arbitraje en precios bajos de energía, incluso cuando no hay generación solar o eólica disponible. Este comportamiento se observa más pronunciadamente en áreas ricas en renovables, donde la carga desde la red contribuye a aumentar el valor de la planta en un 18%. En los centros de demanda, el beneficio de la carga desde la red es menor, pero sigue siendo significativo, mejorando la resiliencia y estabilidad de la red local. Sin embargo, las políticas regulatorias pueden restringir esta práctica, especialmente en países donde las reglas de incentivos fiscales o de interconexión limitan la carga de baterías desde la red para evitar distorsiones en el mercado.

La degradación de las baterías es otro elemento crítico que afecta la rentabilidad de las plantas híbridas. A medida que se incrementan los ciclos de carga y descarga, la vida útil de las baterías disminuye, aumentando los costos de mantenimiento y reposición. En este análisis, se considera un escenario de degradación baja y uno de degradación alta, con penalizaciones económicas de $5/MWh y $25/MWh, respectivamente. Los resultados indican que, bajo condiciones de baja degradación, la extensión de la duración del almacenamiento de una a cuatro horas genera un valor significativamente mayor en comparación con condiciones de alta degradación. Esto subraya la importancia de optimizar los ciclos de batería no solo para maximizar los ingresos, sino también para minimizar los costos de desgaste. La elección de materiales y tecnologías de almacenamiento de última generación, así como la implementación de estrategias de carga inteligente, se vuelven esenciales para mitigar estos efectos y asegurar la viabilidad económica a largo plazo de las plantas híbridas.

En términos de contribución a la capacidad, las plantas híbridas solares y eólicas presentan diferencias significativas. Las plantas solares con almacenamiento de cuatro horas logran alcanzar un 90% de crédito de capacidad durante las horas de mayor carga neta, lo que les permite desempeñar un papel crucial en la estabilidad de la red. Por otro lado, las plantas eólicas requieren almacenamiento de ocho horas para alcanzar un crédito de capacidad similar, lo que puede resultar menos atractivo desde una perspectiva de inversión inicial, pero puede ser justificable en regiones con alta penetración de energía eólica y limitaciones de transmisión más severas. Esta distinción resalta la importancia de adaptar las configuraciones híbridas a las características específicas de cada región, considerando tanto los patrones de generación renovable como los de demanda de energía.

La evaluación de los ingresos también se realiza bajo la premisa de precios en tiempo real, lo que simplifica el análisis al centrarse en el valor de mercado de la energía en cada hora. Aunque esta metodología no representa completamente los ingresos reales de las plantas, dado que muchos proyectos firman contratos a largo plazo con precios fijos, proporciona una perspectiva clara sobre la contribución potencial de las plantas híbridas en mercados de energía volátiles. La capacidad de las plantas híbridas para ajustar su generación y almacenamiento en función de los precios en tiempo real mejora su integración en la red y su viabilidad económica. Esto se traduce en un comportamiento de despacho más eficiente, que no solo maximiza los ingresos, sino que también mejora la confiabilidad del sistema al responder oportunamente a la demanda.

La contribución de las plantas híbridas no se limita solo a los mercados de energía, sino que también desempeñan un papel crucial en los mercados de capacidad. Al participar en estos mercados, las plantas pueden garantizar la disponibilidad de recursos durante los momentos de mayor necesidad, lo que les proporciona una fuente adicional de ingresos y refuerza la seguridad del sistema eléctrico. Este aspecto es especialmente relevante en regiones con alta penetración de renovables, donde la variabilidad de la generación puede poner en riesgo la estabilidad de la red. La capacidad de las plantas híbridas para adaptarse a las condiciones de demanda y oferta, aprovechando tanto los mercados de energía como los de capacidad, las posiciona como una solución integral para una red más sostenible y resiliente.

Para leer más ingrese a:

https://emp.lbl.gov/publications/renewable-battery-hybrid-power

https://live-lbl-eta-publications.pantheonsite.io/sites/default/files/2024-09/renewable-battery_hybrid_power_plants_in_congested_electricity_markets_implications_for_plant_configuration-preprint.pdf

 

 

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