Plataforma de blockchain, baterías de segunda vida y energía eólica con almacenamiento, desarrollos del proyecto GERA

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Fuente: https://www.smartgridsinfo.es

Un sistema blockchain que asegura al consumidor la trazabilidad de una energía de origen 100% renovable, baterías y componentes con un segundo uso, un aerogenerador dotado con su propio sistema de almacenamiento, así como un sistema agrupado de varias centrales de generación y acumulación, son los principales desarrollos llevados a cabo en el marco del proyecto GERA en Navarra.

plataforma de blockchain GreenLedger
La plataforma de blockchain GreenLedger permite asegurar la trazabilidad de la energía renovable. Foto: CENER.

El clúster eólico Enercluster (Asociación Clúster de Energía Eólica de Navarra), coordinador del proyecto, presentó recientemente los resultados finales. El proyecto GERA es un programa de I+D que en los últimos dos años, entre 2018 y 2020, ha permitido desarrollar destacadas soluciones en energías renovables almacenadas, con un presupuesto de 4,7 millones de euros. De ellos, 1,8 millones proceden de una subvención obtenida en la convocatoria de Proyectos Estratégicos 2018 de I+D del Gobierno de Navarra.

En el proyecto GERA han participado un total de ocho empresas y entidades de la Comunidad foral: Acciona Energía, Nordex, Beeplanet Factory, CENER, Naitec, IED Electronics, Ingeteam y la Universidad Pública de Navarra (UPNA). El trabajo conjunto de todos ellos ha supuesto el logro de diversos hitos tecnológicos en gestión, almacenamiento y distribución. El objetivo principal ha sido conseguir una solución integral que permita disponer de tecnologías avanzadas para la gestión, a través del almacenamiento de la energía renovable generada y su posterior distribución en la red.

GERA se ha desarrollado en cuatro escalas de trabajo: componentes y baterías para el almacenamiento; sistema local (una unidad generadora de energía con su equipo de almacenamiento); sistema agrupado (varias centrales de generación de energía y acumulación), y la comercialización de energía alternativa al sistema actual utilizando una plataforma de blockchain para la certificación del origen de la energía y la promoción de contratos smart en la venta de energía.

Blockchain para la trazabilidad de la energía renovable

Uno de los trabajos del proyecto GERA consistió en establecer un sistema para la trazabilidad de la energía renovable, con el objetivo de certificar su origen 100% sostenible para mejorar su transmisión, la rentabilidad y la seguridad en las transacciones.

Laboratorio de blockchain de CENER
Instalaciones del laboratorio de blockchain del Centro Nacional de Energías Renovables. Foto: CENER.

Desde el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) se ideó una virtual generation storage plant (planta virtual) para aunar en una única plataforma de gestión diferentes tecnologías de generación y almacenamiento en diferentes emplazamientos, sin importar su ubicación geográfica. Este conjunto estaba formado en el proyecto por los generadores, almacenamientos y cargas de la microrred Atenea de CENER, el parque eólico experimental, también propiedad de CENER, y la planta de almacenamiento híbrido de la empresa Acciona Energía.

Las transacciones entre las distintas plantas se realizaron utilizando blockchain para registrar todas las órdenes y transacciones energéticas que se producen en la planta virtual. El sistema, denominado GreenLedger, consistió en un desarrollo seguro de extremo a extremo, ya que incluye desde la adquisición de datos físicos con dispositivos IoT hasta la visualización de la información.

El software desarrollado por CENER para gestionar la planta virtual cumple dos objetivos fundamentales: minimizar el coste de la energía consumida por los prosumidores simulados en la microrred Atenea, minimizando a su vez el consumo de energía procedente de fuentes no renovable; y generar escenarios que presenten múltiples transacciones energéticas entre equipos de generación renovable, sistemas de almacenamiento y núcleos de demanda, de forma que la trazabilidad de dichas transacciones pueda quedar contrastada y validada mediante la plataforma GreenLedger.

Integración entre la VGSP y la Plataforma Blockchain testada
Integración entre la planta virtual y la plataforma blockchain testada. Se comprueba el buen funcionamiento de la plataforma actualizando continuamente el estado de energía en cada uno de los equipos. Imagen: CENER.

Tras un período de funcionamiento de la virtual generation storage plant, con modelos de equipos alimentados con las lecturas en tiempo real de las variables meteorológicas, se constató que el software de gestión cumple satisfactoriamente ambos cometidos.

En este escenario, desde Ingeteam apoyaron el desarrollo de la trazabilidad de la energía mediante una arquitectura con una pasarela intermedia. En un primer momento la pasarela conecta con el convertidor para obtener el dato de energía acumulada, después se conecta al blockchain de CENER y reporta el dato. El sistema se validó destacando la facilidad de integración al utilizar protocolos estándar.

Por otro lado, IED Electronics aportó la electrónica de comunicación entre el elemento consumidor o generador de energía, mientras que Acciona Energía planteó una interfaz para registrar activos, organizaciones, usuarios e instrucciones que incluye la huella de carbono de cada uno de los puntos de consumo de los clientes e información sobre responsabilidad social corporativa (RSC).

Baterías de segunda vida

Un equipo de investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) ha estudiado y analizado el potencial y la viabilidad técnica de las baterías provenientes de los vehículos eléctricos, para darles una segunda vida en otras aplicaciones menos exigentes que las de la movilidad eléctrica, como es la utilización de sistemas de almacenamiento para contribuir a incrementar la penetración de energías renovables en la red eléctrica.

Sistema de baterías conectado a la microrred de la UPNA
Sistema de baterías conectado a la microrred de la Universidad Pública de Navarra. Foto: UPNA.

En una primera fase, desde la UPNA se realizó una caracterización de numerosas baterías de este tipo, lo que permitió desarrollar una metodología detallada para conocer el estado de las baterías, sus prestaciones eléctricas y su estado de salud. Y en la segunda fase se analizó el envejecimiento de las baterías. Se realizaron ensayos bajo distintas condiciones de funcionamiento y se pudo predecir la degradación de este tipo de baterías en función de su modo de operación, a través de modelos que permitieron estimar la durabilidad, una variable muy significativa para estudiar la viabilidad económica de estas baterías.

Por último, utilizando la microrred de la UPNA, se realizaron distintas validaciones en entornos reales de operación. En concreto, se comprobó la utilización de estas baterías en aplicaciones de autoconsumo, para dar servicios de red como peak shaving o regulación en frecuencia, para aprovechar la energía eólica excedentaria nocturna y en aplicaciones estacionarias que contribuyen al desarrollo de estaciones de carga de vehículos eléctricos.

Por su parte, Naitec promovió un sistema de gestión de baterías o BMS, hardware y software para dos prototipos de 12 y 14 celdas teniendo en cuenta la aplicación final y su normativa.

Además, también en el ámbito de las baterías de segunda vida, el proyecto GERA representó el punto de lanzamiento de la empresa BeePlanet Factory, especializada en el desarrollo de sistemas de almacenamiento a partir de baterías de segunda vida provenientes de vehículos eléctricos. La compañía ha desarrollado diferentes sistemas de almacenamiento, que van desde los 4 kWh del más pequeño hasta los 120 kWh del más grande.

Energía eólica con almacenamiento

En el marco del proyecto GERA, Ingeteam ha realizado un modelo integral de simulación de una planta eólica con almacenamiento en Barasoáin, que permite analizar e implantar sistemas de gestión integral para mejorar la respuesta dinámica de la explotación eólica mediante nuevas tipologías de comunicación.

En este caso, se logró un diseño óptimo desde el punto de vista del coste de la energía final entregada a la red eléctrica por la planta, y al mismo tiempo se incrementó la producción anual de energía.

Esquema de la herramienta utilizada para la simulación y optimización del sistema completo
Esquema de la herramienta utilizada para la simulación y optimización del sistema completo. Imagen: CENER.

Por otro lado, CENER trabajó en un modelo completo de parque eólico con almacenamiento para la optimización de las operaciones tanto a nivel de parque como en su integración a la red. Los técnicos del centro desarrollaron una herramienta de análisis que permite mejorar las estimaciones económicas y energéticas en la degradación de las baterías que se usan para sistemas renovables.

El objetivo de los investigadores de CENER era conseguir mejoras en la producción y rentabilidad de un parque eólico soportado con un sistema de almacenamiento en dos niveles diferentes: en el nivel del sistema completo (parque eólico + almacenamiento), a través de una optimización de la gestión de la energía y de la provisión de servicios a la red, haciendo uso del almacenamiento; y en el nivel de parque eólico, a través de la optimización de la operación interna del propio parque, donde se trabaja con el control de los aerogeneradores individuales.

Esquema del sistema completo desarrollado en Simulink
Esquema del sistema completo, integrando las distintas partes (generación, almacenamiento y gestión). Imagen: CENER.

Los estudios se han basado en un parque de referencia con sistema de control de parque. Para ello se escogió un parque virtual de 9 aerogeneradores de 10 MW cada uno, con una configuración 3×3 que permitiera estudiar interacciones entre aerogeneradores, así como comprender mejor el efecto del almacenamiento en el parque eólico. La turbina eólica seleccionada ha sido analizada en simulaciones aeroelásticas para caracterizar su comportamiento de acuerdo a las condiciones de operación previstas. Mientras que el sistema de almacenamiento fue dimensionado en base a los desvíos de la energía en la oferta al mercado eléctrico, teniendo en cuenta tanto las capacidades energéticas de generación y almacenamiento, como de viabilidad económica.

El resultado final fue la implementación del modelo de simulación del sistema completo, integrando las distintas partes (generación, almacenamiento y gestión).

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, con la investigación de CENER se ha podido demostrar que existe capacidad para maximizar la producción del parque eólico si se llevara a cabo una gestión con almacenamiento, adecuadamente dimensionado. Sin embargo, desde el punto de vista económico sería necesario incorporar una mayor cantidad de servicios a la red para mejorar la rentabilidad del almacenamiento.

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