Introducción
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) han asumido un papel estratégico en la optimización del perfil de consumo de las unidades consumidoras atendidas a media y alta tensión, especialmente bajo estructuras tarifarias por hora. Entre las diversas aplicaciones técnicas de estos sistemas, destacan las siguientes:
- El desplazamiento de la carga tiene como objetivo transferir el consumo de energía de los períodos de tarifas altas a los períodos de menor costo.
- Reducción de picos de demanda, centrándose en mitigar los costes asociados a la demanda contratada o a los excesos de demanda.
La eficiencia de ida y vuelta (RTE, por sus siglas en inglés) desempeña un papel fundamental en la viabilidad técnica y económica de estas aplicaciones. Si bien su impacto se asocia más intuitivamente con el desplazamiento de la carga, también influye significativamente en la eficiencia operativa y financiera de la reducción de la demanda máxima.
Este artículo presenta un análisis del desplazamiento de carga desde la perspectiva de la influencia del RTE (Retorno sobre la Producción Equivalente) en el retorno financiero del proyecto.
Conceptualización de la eficiencia del ciclo completo
La eficiencia del ciclo completo se define como la relación entre la energía eléctrica suministrada eficazmente durante la descarga y la energía eléctrica absorbida durante el proceso de carga, teniendo en cuenta todas las pérdidas internas del sistema.
RTE puede incorporar pérdidas asociadas con los siguientes subsistemas:
- Convertidores de potencia bidireccionales (Sistema de Conversión de Potencia – PCS);
- Transformadores elevadores o reductores (cuando corresponda);
- Pérdidas resistivas internas de las celdas electroquímicas;
- Sistema de gestión térmica (HVAC);
- Consumo auxiliar del sistema de gestión de la batería (BMS);
- Pérdidas de cable y conexión.
En los sistemas basados en baterías de iones de litio, los valores típicos de RTE oscilan entre el 85 % y el 92 %, dependiendo de la topología del sistema, el régimen de funcionamiento, la temperatura ambiente y el estado de carga promedio.
Caso práctico: Desplazamiento de carga y reducción de picos de demanda
En aplicaciones de desplazamiento de carga, el BESS opera según la siguiente lógica:
- Carga durante las horas de menor demanda;
- Almacenamiento temporal de energía eléctrica;
- Descarga durante períodos de tarifas elevadas.
La condición fundamental para la viabilidad económica puede expresarse como:
Donde:
- ∆T representa la diferencia tarifaria entre el período en que el sistema de almacenamiento de energía descarga la energía almacenada y el período en que almacena energía;
- Tarifa de energía de descarga en el momento en que el BESS descarga la energía almacenada;
- La descarga eléctrica representa la energía efectivamente suministrada a la carga;
- La carga representa la energía total adquirida del sistema eléctrico;
- Eperdida representa la energía perdida debido a las pérdidas y al consumo interno del BESS.
Se observa que la pérdida de energía es directamente proporcional a la tasa de transferencia de ingresos (TTI). Por lo tanto, cuanto menor sea la TTI, mayor será el volumen de energía adquirida que no se convierte en ingresos.
Métricas financieras
- Valor presente neto
La medida del valor actual neto (VAN) se obtiene por la diferencia entre el valor actual de los ingresos del proyecto y el valor actual de las inversiones.
Dónde,
i = el año del análisis del flujo de caja;
n = tiempo total de evaluación del proyecto;
TMA = tasa mínima atractiva de retorno; para este proyecto se fijará en el 14%.
La evaluación de una inversión utilizando el indicador VPN se resume en la Tabla 1.
- Cambio nominal en el flujo de caja (△CF)
Para determinar cuánto contribuye la variación en RTE al flujo de caja, se definió la métrica financiera △FC, que relaciona el proyecto desarrollado con diferentes eficiencias. Su ecuación se define de la siguiente manera:
Dónde,
Estudio de caso
- Software de simulación
Para el desarrollo del estudio de caso, se utilizó el software HOMER Grid de UL Solutions. HOMER Grid es un software especializado en el análisis de sistemas eléctricos conectados a la red, que realiza simulaciones basadas en series temporales de carga y recursos energéticos, permitiendo la evaluación del rendimiento operativo, los indicadores económicos y las estrategias de despacho. Esta herramienta se utiliza ampliamente en el dimensionamiento y el análisis de viabilidad de sistemas híbridos y soluciones de generación distribuida con almacenamiento de energía integrado.
- Características de la unidad de consumo
La unidad de consumo, base del estudio, presenta las siguientes características descritas en la Tabla 2:
La curva de consumo para la unidad de consumo se muestra en la Figura 1.
Para la curva de consumo, se consideró un desplazamiento del consumo en ciertos días para compensar los años bisiestos (consideraciones de la cuadrícula HOMER).
- Características del concesionario de energía
La tarifa de la compañía eléctrica, base del estudio, tiene las características descritas en la Tabla 3:
- Características clave de BESS
El BESS, base del estudio, se describe en la Tabla 4.
Resultar
Los resultados de la implementación de BESS con RTE del 89% y 91,32% se presentan en la Tabla 5.
La Tabla 6 muestra la variación entre los flujos de efectivo de las soluciones de almacenamiento con RTE del 91,3 % y del 89 %. Los valores de ∆FCᵢ representan el ahorro anual obtenido al adoptar la solución de almacenamiento con RTE del 91,3 % en comparación con la alternativa con RTE del 89 %.
La curva de consumo con la implementación del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se puede observar en la Figura 2.
Conclusión y consideraciones finales
Como se puede apreciar en el artículo, el análisis técnico-económico desarrollado demostró objetivamente que variaciones aparentemente pequeñas en el RTE pueden tener un gran impacto en la generación de valor del proyecto a lo largo de su vida útil.
Desde la perspectiva del criterio de decisión basado en el Valor Actual Neto, ambos proyectos son económicamente viables, ya que los resultados son positivos y superan la Tasa Mínima de Retención Aceptable (MARR) del 14%. Sin embargo, el sistema más eficiente demuestra una capacidad superior para generar valor económico, lo que refleja un mejor desempeño en la conversión de la energía adquirida en ingresos efectivos.
El análisis de la variación nominal del flujo de caja refuerza este comportamiento. Se observa que, año tras año, el proyecto con la mayor Transferencia Relativa de Energía (TRE) muestra un incremento positivo recurrente en el flujo de caja operativo, debido a la mayor energía descargada para la misma cantidad de energía consumida. Si bien la ganancia anual unitaria parece modesta al analizarla de forma aislada, su recurrencia a lo largo de veinte años produce un efecto acumulativo relevante al sumarse durante la vida útil del proyecto.
Este excedente, generado exclusivamente por una mayor eficiencia, incrementa la capacidad de reinversión de la empresa. El flujo de caja adicional puede destinarse, por ejemplo, a la expansión del negocio de la unidad de consumo, reforzando así el ciclo de creación de valor.
Es importante destacar que, dado que el estudio no considera los ajustes tarifarios ni las ganancias adicionales derivadas de la estrategia de reducción de la demanda máxima, el impacto de la eficiencia tiende a ser aún más pronunciado en escenarios reales, donde la energía evitada tiende a revalorizarse con el tiempo. En estos casos, la diferencia en el flujo de caja entre sistemas con distintos niveles de eficiencia crece proporcionalmente al aumento de las tarifas, ampliando la brecha entre sus respectivos valores actuales netos.
Por lo tanto, se puede concluir que la Tasa de Transferencia de Ingresos (RTE) debe considerarse una variable estratégica en la modelización financiera y la selección de equipos para proyectos de sistemas de almacenamiento. Pequeñas variaciones porcentuales en la eficiencia generan diferencias acumuladas en el flujo de caja nominal y, por consiguiente, en el Valor Actual Neto del proyecto. En escenarios con márgenes reducidos, esta diferencia puede ser un factor determinante para la viabilidad financiera del proyecto y el valor añadido en la venta del producto.
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