Estimación de la vida útil de baterías en Sistemas Eléctricos de Pequeña Dimensión

Abstract

En el presente proyecto se realizará un estudio de los distintos sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (ESS), ampliando el estudio concretamente sobre uno de ellos: Las baterías de litio. El objetivo es realizar una estimación de la vida útil de las baterías de Litio que conforman el ESS de un sistema eléctrico de pequeña dimensión. Para ello, se ha desarrollado un algoritmo en el entorno de programación Python, que a partir de los datos del estado de carga de una batería, SoC (State of Charge), es capaz de conocer los ciclos de carga y descarga totales así como la profundidad de los mismos, DoD (Depth of Discharge). El fin de este estudio es conseguir ahorro económico, gracias al uso de sistemas de almacenamiento de energía eléctrica (en este caso baterías de litio), en generación en sistemas eléctricos de pequeña dimensión. Dichos sistemas pueden estar aislados de la red eléctrica o no, y se denominan MicroGrids (Microrredes). El SoC estudiado provendrá de una microrred que conforma un campus universitario, conectada a la red eléctrica, la cual está compuesta de distintas fuentes de generación (convencional y renovable) y de un sistema de almacenamiento de energía compuesto por baterías de litio. Como alternativa a la generación dentro de la propia microrred, existe la posibilidad de adquirir energía desde el exterior (a través de la red eléctrica convencional). La minimización del coste de generación se llevará a cabo con la resolución del problema de flujo de potencia óptimo, OPF por sus siglas en inglés. Tras la resolución de dicho problema, se obtendrán los valores de generación de cada una de las fuentes que componen el sistema y de compra y venta de energía a través de la red eléctrica convencional dependiendo del coste de la energía y la capacidad que tenga el sistema eléctrico para almacenarla. También se obtendrá el SoC objeto de estudio que nos permitirá estimar la vida útil de baterías de distintas características operando en el citado sistema.

This dissertation is dedicated to the study of the application of energy storage systems to small power systems. Special attention is paid to the case of lithium batteries. The principal aim is carrying out an estimation of the lithium batteries lifetime that form the ESS of a small size electrical system. In order to estimate it, an algorithm has been developed in Python’s programming environment, that basing on the battery’s charge data, SoC, (State of Charge), is able to compute the charging and discharging cycles, just as the depth of them, DoD (Depth of Discharge). The purpose of this study is getting economical saving, thanks to the use of energy storage systems (lithium batteries in this case), in the creation of small size electrical systems. These systems can be isolated of the electricity network, or not, and they are called MicroGrids. The SoC studied come from a micro system that forms an university campus, conected to the electricity network, which includes different generation sources (conventional and renewable) and an energy storage system made up of lithium batteries. An alternative way of generation in the own micro system is the possibility of acquire external energy (with the convencional electricity network). The cost will be minimised through the resolution of an Optimal Power Flow (OPF) problem. After this resolution, it will be obtained the values of each sources that form the system and the value of the energy’s purchase and sale throught the conventional energicity network, that depends on the cost of the energy and the storage capacity of the energy system. Also, the SoC from the microgrid will be obtained. SoC let us estimate the battery’s lifetime of different characteristics taking place in the same system.