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Introducción Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) han asumido un papel estratégico en la optimización del perfil de consumo de las unidades de consumo 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 carga, cuyo objetivo es transferir el consumo de energía de períodos de tarifas altas a 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 efectivamente disponible durante la descarga y la energía eléctrica absorbida durante el proceso de carga, considerando todas las pérdidas internas del sistema: La eficiencia del ciclo completo 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 cableado 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 las aplicaciones de desplazamiento de carga, el BESS funciona según la siguiente lógica: Carga durante períodos de tarifa baja; Almacenamiento temporal de energía eléctrica; Descarga durante períodos de tarifa alta. La condición fundamental para la viabilidad económica se puede expresar como: Donde: ∆T representa la diferencia tarifaria entre el período en que el BESS descarga la energía almacenada y el período en que almacena energía; Tdischarge es la tarifa de energía en el momento en que el BESS descarga la energía almacenada; Edischarge representa la energía efectivamente entregada a la carga; Eload representa la energía total adquirida del sistema eléctrico; Elost representa la energía perdida debido a pérdidas y consumo interno del BESS. Se puede observar que la energía perdida es una función directa de la RTE (Transferencia de Energía Relativa). Por lo tanto, cuanto menor sea el RTE, mayor será el volumen de energía comprada que no se convierte en ingresos. Métricas financieras: Valor actual neto. El valor actual neto (VAN) se obtiene mediante la diferencia entre el valor actual de las ganancias del proyecto y el valor actual de las inversiones. Donde io es el año del análisis del flujo de caja; n es el tiempo total de evaluación del proyecto; la tasa mínima atractiva de retorno (MARR) para este proyecto se establecerá en el 14%. La evaluación de una inversión mediante el indicador VPN se resume en la Tabla 1. Fuente: Thiago Farias. Variación nominal del flujo de caja (△FC). Para poder definir 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 por: Donde, Software de simulación de estudio de caso 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, lo que permite evaluar el 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, tiene las siguientes características descritas en la Tabla 2: Tabla 2 - Características de la Unidad de Consumo. Fuente: Thiago Farias. La curva de consumo de la unidad de consumo se muestra en la Figura 1. Figura 1: Curva de consumo anual. Fuente: Thiago Farias. Para la curva de consumo, se consideró que la discrepancia en el consumo en algunos días compensaba los años bisiestos (consideraciones de HOMER Grid). Características del concesionario de energía La tarifa del concesionario de energía, base del estudio, tiene las características descritas en la Tabla 3: Características principales del BESS El BESS, base del estudio, se describe en la Tabla 4. Tabla 4 - Características del sistema de almacenamiento. Fuente: Thiago Farias Resultado El resultado de la implementación de BESS con RTE del 89% y 91,32% se presenta en la Tabla 5. Tabla 5 – VPN del Sistema 1 (91,3%) y del Sistema 2 (RTE 89%). Fuente: Thiago Farias. 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 ∆FCᵢ representan el ahorro anual obtenido al adoptar la solución de almacenamiento con una RTE del 91,3% en comparación con la alternativa con una RTE del 89%. Tabla 6 – Cálculo de la variación nominal del flujo de caja. Fuente: Thiago Farias. La curva de consumo con la implementación del sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) se puede observar en la Figura 2. Figura 1: Curva de consumo con la implementación de BESS (Año 1). Fuente: Thiago Farias Conclusión y consideraciones finales Como se puede ver en el artículo, el análisis técnico-económico desarrollado demostró objetivamente que variaciones aparentemente pequeñas en RTE pueden impactar en gran medida 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 TMAR 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 RTE (Transferencia Relativa de Energía) muestra un aumento positivo recurrente en el flujo de caja operativo, como resultado de la mayor energía descargada para la misma energía cargada. Si bien la ganancia unitaria anual puede parecer modesta cuando se analiza de forma aislada, su recurrencia a lo largo de veinte años produce un efecto acumulativo significativo cuando se suma a lo largo de la vida útil del proyecto. Este excedente, generado exclusivamente por una mayor eficiencia, aumenta 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 tiene en cuenta 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 apreciarse en valor nominal con el tiempo. En estos casos, la diferencia en el flujo de caja entre sistemas con diferentes 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 RTE debe tratarse como una variable estratégica en la modelización financiera y la selección de equipos para proyectos de sistemas de almacenamiento. Pequeñas variaciones porcentuales en la eficiencia dan lugar a diferencias acumuladas en el flujo de caja nominal y, en consecuencia, en el valor actual neto del proyecto. En situaciones con márgenes reducidos, esta diferencia puede ser un factor determinante para la viabilidad financiera del proyecto y el valor añadido de la venta del producto.

La influencia de la eficiencia en la viabilidad económica de los sistemas de almacenamiento de energía.

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