18 de marzo de 2024
Resumen:
En el contexto mundial actual de transición energética en el que vivimos, los sistemas de almacenamiento de energía han adquirido una gran “popularidad”, debido al cambio de paradigma acaecido en los vehículos de transporte, (políticas de cero emisiones) y a la necesidad de almacenamiento de energía, renovable principalmente.
Así, los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías de iones de litio (LIB), han tomado, por el momento, una posición preferente en el mercado por su alta densidad energética. Siendo este tipo de tecnología la más utilizada para los grandes sistemas de almacenamiento, empleados en vehículos y centrades eléctricas principalmente.
Estos grandes sistemas de almacenamiento son generalmente costosos, debido a la necesidad de litio para su fabricación, por lo que emplear los recursos adecuados en su mantenimiento es sumamente importante para garantizar su seguridad y durabilidad. En esta línea, se han desarrollado los trabajos e investigaciones de esta tesis, ya que una característica muy importante de estos sistemas es su degradación.
Los BESS (Battery Energy Storage System) sufren degradación por su operación y con el paso del tiempo, por lo que conocer el nivel de degradación es primordial para su seguridad, para operar correctamente el BESS (optimización del uso) y para poder cuantificar su capacidad en todo momento, ya que como se ha mencionado, esta está en constante detrimento.
Los mecanismos y factores que afectan a la degradación de las LIB son muchos, p. ej., la intensidad de carga-descarga o el número de ciclos, como factores más determinantes. En cualquier caso, el objetivo de esta tesis no es estudiar los mecanismos que le suceden a las LIB que hacen que se degrade, ni tampoco se entrará en valorar los factores que afectan a su vida. En lo que a esta tesis se refiere, la degradación de una LIB se “podría definir” como la pérdida de capacidad que sufre dicha LIB, y el objetivo de la tesis será estimar o cuantificar esa pérdida, a lo largo de su vida útil, en función de esos fatores de operación que hacen que se degrade.
Son muchos los métodos actuales para estimar la degradación de las LIB existentes en la literatura, pero no así los métodos empleables a nivel práctico para las LIB operadas en la vida real. Así se muestra en la revisión del estado del arte, donde además se pone el foco en el mantenimiento y sus amplias posibilidades de mejora, demostrando que el conocimiento de la degradación del BESS posibilita su utilización para un mantenimiento predictivo eficiente.
Por tanto, esta tesis tiene su principal motivación en el desarrollo de un indicador que, de manera eficiente, establece la degradación de las LIB y una metodología que permite aplicar este indicador en condiciones de operación muy volátiles.
Así, en el transcurso de esta tesis, se ha elaborado un nuevo indicador que da a conocer la degradación existente en las LIB y posibilita su uso práctico en los dispositivos que emplean este tipo de baterías, como p.ej. vehículos eléctricos, BESS, etc. Motivación que ha llevado a dar solución a otro de los grandes problemas planteados en el estado del arte, ya que en ningún momento hay que interrumpir la operación ni la disponibilidad del BESS para poder estimar su degradación.
En esta tesis también se ha llevado a cabo la aplicación del nuevo indicador, con modelos de “Machine Learning” (ML), para estimar la degradación de un BESS operando en regulación de frecuencia en una red eléctrica real, con datos de un año y medio. Esta estimación de la degradación, obtenida con la metodología DSRM-MML desarrollada en la tesis, se ha contrastado con la medida en la prueba de capacidad anual (Capacity Test) llevada a cabo en el BESS, permitiendo comparar cuantitativamente la degradación de la capacidad sufrida en las diferentes partes (racks) que forman del BESS.
Como ultimo objetivo y motivación de esta tesis, se han encontrado oportunidades de mejora (por medio del estado del arte) en el mantenimiento de los BESS. Así, se han estudiado cuatro planes de mantenimiento elaborados por “actores” del sector, a los que se han aplicado, en esta tesis, las mejoras surgidas por la aplicación del nuevo indicador de salud y la metodología desarrollada. Esto ha hecho posible mejorar la eficiencia en su mantenimiento, aplicando los recursos sólo donde son necesarios, y por tanto posibilitando el ahorro de costes operativos y de mantenimiento.
Resumen divulgativo:
Esta tesis tiene como objetivo desarrollar un indicador de salud (HI) que, de manera eficiente, establezca la degradación de baterías de iones de litio (LIB) y una metodología que permita la aplicación de este indicador en condiciones de operación muy volátiles. Esta investigación inspiró una nueva metodología, denominada DSRM-MML, para medir la degradación en servicio de la capacidad sufrida en las diferentes células internas (BMS) que forman el BESS.
Palabras clave: BESS, degradation indicator, machine learning, maintenance, lithium-ion batteries
Cita:
I. Álvarez-Monteserín (2024), Desarrollo de la metodología “DSRM-MML”, de seguimiento continuo de la degradación de un BESS operando en regulación. Madrid (España).
