Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Máster Máster Universitario en Organización Industrial y Gestión de Empresas Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Autora: Esther Pérez Sapena Tutores: Ángel Arcos Vargas David Canca Ortiz Dpto. de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iii Trabajo Fin de Máster Máster Universitario en Organización Industrial y Gestión de Empresas Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Autora: Esther Pérez Sapena Tutores: Ángel Arcos Vargas Profesor Titular (acreditado) David Canca Ortiz Catedrático de Universidad Dpto. de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 v Trabajo Fin de Máster: Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Autora: Esther Pérez Sapena Tutores: Ángel Arcos Vargas David Canca Ortiz El tribunal nombrado para juzgar el Trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2019 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros ix Resumen El objeto de este Trabajo de Fin de Máster es analizar económicamente la viabilidad del almacenamiento de energía en baterías de litio con los resultados obtenidos de un modelo matemático. Para poder abordar este problema previamente se ha llevado a cabo un análisis de la literatura en el que se ha investigado sobre la situación actual de las diferentes tecnologías de almacenamiento de energía con las características y los principales usos que tiene cada una. Gracias al estado del arte se ha detallado cómo es el funcionamiento del sistema eléctrico español explicando los diferentes tipos de energía que existen tanto renovable como no renovable. También se exponen los mercados eléctricos en los que se llevan a cabo las transacciones de energía eléctrica para obtener los precios de la electricidad para cada hora del día. Estos precios se utilizarán para conseguir los resultados en los capítulos del modelo matemático y del análisis financiero. Consecutivamente se ha realizado una descripción de las diferentes baterías que existen en el mercado y el motivo por el que se decide ejecutar el trabajo con una batería de litio. Utilizando el modelo matemático que el profesor David Canca Ortiz ha creado para otras investigaciones paralelas, se consigue averiguar la cantidad de energía que habría que comprar o vender en cada hora del año durante el tiempo en el que dure la batería según las características impuestas en el modelo. A partir de los resultados obtenidos del modelo matemático utilizado, se trata de identificar mediante un análisis financiero qué tamaño de inversor será el óptimo con el tamaño de batería empleado y, de esta forma, tomar una serie de decisiones al respecto. ÍNDICE DE FIGURAS Figura Introducción-1 Proyectos de almacenamiento de energía de Horizonte 2020 2 Figura 2-1. Porcentaje generación energía en 2018 4 Figura 2-2. Parámetros fundamentales electricidad 4 Figura 2-3. Actividades del sistema eléctrico 6 Figura 2-4 Flujo de actividades del sistema eléctrico español 6 Figura 2-5. GWh de energía generados en 2018 8 Figura 2-6 Mapa red de distribución por zonas 9 Figura 2-7 Funcionamiento sistema eléctrico 10 Figura 2-8. Evolución de la potencia instalada 11 Figura 2-9. Curva de oferta del mercado diario 13 Figura 2-10. Curva de demanda del mercado diario 14 Figura 2-11. Cruce curvas oferta y demanda del mercado diario 14 Figura 2-12. Precio horario del mercado diario 15 Figura 2-13. Precio horario por sesión del mercado intradiario 16 Figura 2-14. Componentes del precio final mensual y energía final en 2018 16 Figura 4-1. Tipos de celdas 32 Figura 4-2. Componentes celda 33 Figura 4-3 Funcionamiento batería plomo ácido 34 Figura 4-4 Batería plomo ácido 35 Figura 4-5 Partes batería plomo ácido 36 Figura 4-6 Funcionamiento batería litio ion 37 Figura 4-7 Batería litio ion 38 Figura 4-8 Funcionamiento batería níquel cadmio 38 Figura 4-9 Batería níquel cadmio 39 Figura 4-10 Batería níquel metal hidruro 40 Figura 4-11 Funcionamiento batería sulfuro de sodio 41 Figura 4-12 Batería sulfuro de sodio 42 Figura 4-13 Batería Zebra 43 Figura 4-14 Funcionamiento batería zinc bromo 44 Figura 4-15 Batería zinc bromo 45 Figura 4-16 Funcionamiento batería vanadio 46 Figura 4-17 Batería de vanadio 47 xvii Figura 4-18. Energía específica 49 Figura 4-19. Densidad energética 50 Figura 4-20. Tensión nominal 50 Figura 4-21. Ciclos de carga y descarga 51 Figura 4-22. Autodescarga mensual 51 Figura 4-23. Rendimiento 52 Figura 4-24. Coste de instalación 52 Figura 4-25. Comparación baterías 53 Figura 4-26. Evolución precios batería litio ion 54 Figura 4-27. Evolución demanda baterías litio ion 55 Figura 4-28. Evolución costes batería litio ion según diferentes referencias 55 Figura 4-29. Factores influyentes en reducción de costes de baterías li ion 56 Figura 5-1. Objetivo modelo 57 Figura 6-1. Evolución de los ingresos 65 Figura 6-2. Evolución de los costes 66 Figura 6-3. Posibles soluciones del problema planteado 66 Figura 7-1. Comparación del VAN 71 Figura 7-2. Tendencia precios batería litio 74 Figura 7-3. Año idóneo para la propuesta 75 Figura Conclusión-1. Resultados principales 77 Figura Conclusión-2. Resumen inversiones 77 1 INTRODUCCIÓN a energía y el cambio climático guardan una estrecha relación: la producción y el uso de energía suponen el 79% de las emisiones de gases de efecto invernadero en la Unión Europea según el Tribunal de Cuentas Europeo. La gran parte de estas emisiones proviene del suministro y transporte de energía. Para atenuar el cambio climático es fundamental un cambio desde el actual sistema energético basado en los combustibles fósiles a otro basado en energías renovables en el que las emisiones de carbono se reducen drásticamente. Debido a que la generación de energías renovables tales como la eólica o la solar, a pesar de ser una forma limpia de proporcionar energía, son de naturaleza variable, intermitente e impredecible es altamente recomendable incorporar sistemas de almacenamiento de energía en la red eléctrica para mitigar los desequilibrios que pueden provocar. En la actualidad están disponibles o en fase de desarrollo una gran variedad de tecnologías de almacenamiento de energía como los diferentes tipos de baterías, aire comprimido, volantes de inercia, bombas hidráulicas, etc. De las tecnologías disponibles, hoy en día se está apostando por el perfeccionamiento y progreso de las baterías, en su mayoría las de litio, gracias a proyectos de I+D+i como es el caso de Horizonte 2020. Horizonte 2020 es un programa de investigación e innovación de la UE, con una dotación financiera de cerca de 80000 millones de euros puestos a disposición en un período de siete años (2014 a 2020). Es uno de los mayores programas de financiación pública de investigación e innovación del mundo. En este programa participan diferentes entidades: universidades, instituciones de investigación, pequeñas y medianas empresas (pymes), grandes empresas y organismos públicos. Actualmente se han presentado más de 130000 solicitudes y casi 20000 proyectos han recibido financiación según el Tribunal de Cuentas Europeo. En la siguiente ilustración se puede ver que la gran mayoría de los proyectos de almacenamiento de energía de Horizonte 2020 están relacionados con baterías de litio. Concretamente el 52% de estos proyectos relacionados con baterías y supercondensadores pertenecen a la mejora de baterías de litio y sus aplicaciones. Una de estas aplicaciones es el almacenamiento a corto plazo durante unas horas o días a lo sumo. Sin embargo, cuando están cargadas, no pueden mantener su carga durante semanas o meses sin sufrir pérdidas importantes. L 1 Introducción 2 Figura Introducción-1 Proyectos de almacenamiento de energía de Horizonte 2020 Fuente: Tribunal de Cuentas Europeo (2019) El objeto de este Trabajo de Fin de Máster es estudiar la viabilidad económica de utilizar baterías de litio para almacenar energía y posteriormente venderla cuando el precio de la electricidad aumente. De esta forma se pretende ver si la participación en el mercado de la batería es representativa tratando de maximizar el beneficio comprando y vendiendo electricidad en las horas del día más adecuadas. Después de recopilar datos sobre las baterías de litio actuales, se han utilizado para aplicar un modelo matemático que proporcionará unos resultados sobre la cantidad a comprar o vender en cada hora del día que serán utilizados para llevar a cabo el análisis financiero. En la era de la creciente implementación de baterías para distintos fines ¿Es económicamente viable el almacenamiento de energía en baterías de litio con las características que poseen en la actualidad? ¿O se necesitaría perfeccionar estas baterías para que el análisis llegue a transformar la actual economía? Al final de este documento trataremos de dar respuesta a estas cuestiones. 3 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio 2 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA ELÉCTRICO ESPAÑOL n términos de tecnología y economía, la energía (medida en Julios en el sistema internacional) es un recurso natural que al manipularlo y transformarlo, es capaz de realizar un trabajo de uso industrial y tener un sentido económico. Como bien se conoce, la energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma pero toda transformación de los recursos naturales utilizados para producir trabajo (energía), tiene un impacto sobre el medio ambiente. Los recursos energéticos son aquellos recursos naturales capaces de realizar trabajo. Existen diferentes fuentes de energía divididas en tres grandes bloques: -Combustibles fósiles: como el petróleo, el carbón o el gas natural. Estos combustibles tienen el inconveniente de ser perjudiciales para el medioambiente. -Energía nuclear: se utiliza el uranio, torio, plutonio, etc. Este tipo de energía presenta un rechazo social debido a los residuos que generan. -Energías renovables: eólica, hidráulica, solar fotovoltaica, solar térmica, etc. Son las más idóneas pero tienen restricciones. Estas fuentes de energía se utilizan para generar energía primaria que luego se transformará en energía intermedia a partir de la energía primaria más unas pérdidas que formarán gasolinas, propano, gasóleo, butano, etc. Esta energía intermedia se convertirá en energía final teniendo en cuenta las pérdidas provocadas al realizar la transformación y, finalmente, se formará calor, trabajo mecánico y electricidad. A continuación se muestra un gráfico donde se puede ver que durante el 2018 la mayor parte de la energía generada proviene de fuentes no renovables exceptuando el mes de marzo y abril donde la generación de energía renovable superó a la no renovable. E Funcionamiento del Sistema Eléctrico Español 4 Figura 2-1. Porcentaje generación energía en 2018 Fuente: elaboración propia a partir de datos de Red Eléctrica de España (2018) La electricidad (normalmente medida en kWh) es una forma de energía que se presenta por la atracción y/o repulsión entre partículas cargadas originadas por la existencia de electrones y protones. Las medidas básicas que permiten medir esta forma de energía son: tensión o voltaje (medida en voltios, V), corriente o intensidad eléctrica (medida en amperios, A), potencia eléctrica (medida en vatios, W) y cantidad de energía eléctrica producida/consumida (medida en vatios-hora, Wh). Figura 2-2. Parámetros fundamentales electricidad Fuente: elaboración propia 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Porcentaje % Generación energía 2018 Generación renovable Generación no renovable Parámetros electricidad Tensión/Voltaje (V) Corriente/Intensidad (A) Potencia eléctrica (W) Energía eléctrica producida / consumida (Wh) 5 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Hay que tener en cuenta que la energía eléctrica no se puede almacenar económicamente en grandes cantidades (por esto se genera al mismo ritmo que se consume en cada instante). Sin embargo, es posible generar electricidad y almacenarla hasta que se utiliza en el mejor momento para consumirla gracias a dispositivos de almacenamiento de energía, como es el caso de las baterías. 2.1 Sector eléctrico previo En el sector eléctrico previo las estructuras eran rígidas y con exceso de personal. Además existían ineficiencias durante la generación y el consumo de electricidad. Este sistema eléctrico, no proporcionaba incentivos para optimizar la generación, mejorar la calidad del servicio y aumentar el ahorro energético. 2.2 Sector eléctrico actual El mercado eléctrico actual permite la compra y venta de electricidad entre los agentes (productores, comercializadores y consumidores) a precio conocido, transparente y accesible. Las principales características son: - Separación de las distintas actividades (generación, transporte, distribución y comercialización). - Introducción de competencia en la generación. - Regulación en el transporte y la distribución. - Libre mercado al por mayor. - Precios a coste marginal horario. En el mercado eléctrico español existen dos tipos de contratación, las actividades reguladas y las actividades liberalizadas. -Actividades reguladas: son el transporte y la distribución. Estas actividades tienen un carácter de monopolio natural, por lo tanto, es ineficiente introducir competencia en ellas. -Actividades liberalizadas: corresponden a la generación y a la comercialización. Son llevadas a cabo por las empresas en régimen de libre competencia, basándose en las leyes de la oferta y la demanda en cada momento. Para posibilitar la liberalización (competencia en generación y comercialización), es necesario garantizar el libre acceso a las redes eléctricas. Cualquier generador, comercializador o consumidor puede utilizar las redes de transporte para generar, comercializar o consumir energía a través del pago de unas tarifas de acceso a estas redes. Funcionamiento del Sistema Eléctrico Español 6 Figura 2-3. Actividades del sistema eléctrico Fuente: elaboración propia Las actividades de generación, distribución y comercialización las llevan a cabo diferentes empresas del sector. Entre ellas, Iberdrola, Endesa, EDP, gas natural Fenosa, etc. La red eléctrica de España tiene la función de realizar la actividad de transporte de electricidad desde la generación hasta la distribución. Figura 2-4 Flujo de actividades del sistema eléctrico español Fuente: Energia y Sociedad (2019) Actividades reguladas Transporte Distribución Actividades liberalizadas Generación Comercialización 7 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio 2.3 Funcionamiento Como se ha comentario anteriormente, las principales actividades desarrolladas dentro del mercado eléctrico son la generación, el transporte, la distribución y la comercialización. 2.3.1 Generación A través de centrales eléctricas, los diferentes tipos de energías primarias (nuclear, térmica, hidráulica, eólica, solar, etc.) se convierten en energía eléctrica mediante un proceso de transformación. Además, también tienen la función de construir, operar y mantener las centrales de producción. Existen diferentes centrales eléctricas encargadas de la generación de electricidad: - Centrales hidráulicas. Estas centrales aprovechan la energía del agua situado en el cauce de un río o en un embalse, y la convierten en energía eléctrica a través de un generador acoplado a una turbina. Actualmente, existen tres tipos de centrales hidráulicas: con agua embalsada, hidráulicas fluyentes y de bombeo. - Centrales nucleares: en estas centrales se utiliza la rotura de los núcleos de uranio para producir vapor con el calor obtenido. Este vapor se transforma en electricidad. Las centrales nucleares no emiten ningún tipo de gas contaminante a la atmósfera pero sí generan residuos que deben ser alojados en depósitos aislados y controlados durante un periodo largo debido a su impacto radiactivo. - Centrales térmicas convencionales (carbón, gas natural, petróleo): este tipo de generación de energía se basa en quemar algún combustible fósil para producir vapor que, al igual que las centrales nucleares, luego será transformado en electricidad. Este tipo de centrales eléctricas tienen un fuerte impacto ambiental debido a la emisión de gases contaminantes y partículas a la atmósfera. - Centrales térmicas de ciclo combinado: la energía térmica del gas natural se transforma en electricidad gracias a dos ciclos termodinámicos. Estos ciclos son: primero una turbina de gas y posteriormente una turbina de vapor. - Cogeneración: en este tipo de centrales se produce paralelamente electricidad y frio o calor (energía térmica útil). - Generación eólica: en los parques eólicos se concentran varios generadores, llegando a superar los 100MW en algunas de las instalaciones. En ellas se produce electricidad a partir de la energía cinética del viento. Este tipo de centrales eléctricas no requieren energías primarias suministradas en mercados internacionales y tampoco producen ninguna emisión contaminante a la atmósfera. - Generación solar fotovoltaica: a través de células solares fabricadas con materiales semiconductores, se transforma la energía del sol en electricidad cuando la radiación solar incide sobre estas células. - Generación solar termoeléctrica: utiliza la energía solar para obtener energía eléctrica aprovechándose del calentamiento de un fluido. - Centrales de biomasa: centrales similares a las térmicas convencionales con la diferencia de que el combustible manipulado para producir vapor es de origen orgánico. - Energía mareomotriz o de las mareas: aprovecha el ascenso y descenso del agua del mar para transformar esta energía en electricidad. Funcionamiento del Sistema Eléctrico Español 14 Figura 2-10. Curva de demanda del mercado diario Fuente: elaboración propia a partir de datos de Energia y Sociedad (2019) Para determinar el precio de mercado de la electricidad en la hora h del día D, es necesario hallar la intersección entre la curva de la oferta y la curva de la demanda. Este precio determinará las ofertas de compra y de venta que resultan casadas, es decir, las seleccionadas y aquellas que se rechazan. El último comercializador que entra al cruzarse la oferta con la demanda para cada hora marca el precio que luego cobrarán todos los comercializadores. Es decir, todos cobrarán lo que cueste la más cara. Esta es la principal característica del mercado marginalista de electricidad español. Como ya se ha comentado anteriormente, el proceso de casación lo gestiona OMIE. Figura 2-11. Cruce curvas oferta y demanda del mercado diario Fuente: elaboración propia a partir de datos de Energia y Sociedad (2019) Precio (€/MWh) Cantidad (MWh) Curva Demanda Comercializadores y consumidores industriales Ofertas de compra a 180 €/MWh ( precio tope). Comercializadores Precio (€/MWh) Cantidad (MWh) Curva Oferta y Demanda Mercado Diario 0 Ofertas aceptadas Ofertas rechazadas 15 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio El gráfico de abajo es una comparación de la evolución del precio horario (€/MWh) de las 24 horas de un día concreto en el mercado diario español y portugués. Además, en el eje vertical secundario se sitúa la energía negociada o energía de cierre en MWh para cada hora del día. Se puede comprobar para ese día que el precio horario es el mismo tanto en España como en Portugal exceptuando a las cuatro y cinco de la tarde donde el precio marginal portugués es ligeramente mayor. Esta gráfica se crea diariamente y, por tanto, cada día tendrá unos resultados diferentes. Figura 2-12. Precio horario del mercado diario Fuente: OMIE (2019) 2.4.2 Mercado intradiario Una vez terminado el mercado diario, los agentes pueden volver a comprar y vender electricidad en el mercado intradiario. Con los resultados obtenidos del mercado diario se lleva a cabo el mercado intradiario, que es un mercado de ajuste a tiempo real que permite a compradores y vendedores realizar ofertas de compra y de venta de electricidad para ajustar la producción y el consumo a sus previsiones según sus necesidades. Existen seis sesiones de contratación en las que se realizan subastas donde se determina la cantidad de energía y el precio para cada hora a través de la intersección entre la oferta y la demanda (como en el mercado diario). El operador de mercado (OMIE) realiza la casación de las ofertas de compra y de venta de electricidad pero en este caso las empresas pueden ofrecer su producción sin límite de precio como ocurría en el mercado diario en el que el limite estaba en 180€/MWh. En la gráfica de abajo se muestra la evolución del precio horario por sesión en el mercado intradiario de un día concreto. En ella se compara el resultado del mercado español y del mercado portugués. También aparece la energía total (MWh) de cada hora del día en el eje vertical secundario. Funcionamiento del Sistema Eléctrico Español 16 Figura 2-13. Precio horario por sesión del mercado intradiario Fuente: OMIE (2019) El precio final en el mercado libre está compuesto por el precio resultante del mercado diario y del mercado intradiario además de los costes de servicios de interrumpibilidad, pagos por capacidad y costes de servicios de ajuste del sistema. En el gráfico de abajo se muestra el resultado del precio final para cada mes del 2018 teniendo en cuenta todos sus componentes. A la vez se añade la línea con la energía de cierre en GWh en cada mes. Figura 2-14. Componentes del precio final mensual y energía final en 2018 Fuente: elaboración propia a partir de datos de Red Eléctrica de España (2018) 18.500 19.000 19.500 20.000 20.500 21.000 21.500 22.000 22.500 23.000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. GWh €/MWh Componentes del precio medio final mensual en €/MWh y energía final 2018 Mercado diario Mercado intradiario Servicio de interrumpibilidad Pagos por capacidad Servicios ajustes del sistema Energía Cierre (GWh) 17 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio 3 ESTADO DEL ARTE e entiende como Estado del Arte o revisión de la literatura a la situación más reciente en la que se encuentra una determinada tecnología o campo de investigación teniendo en cuenta las investigaciones pasadas y los futuros proyectos sobre dicha tecnología. Es decir, explicar mediante un análisis documental los avances realizados hasta el momento sobre un tema de actualidad. En este trabajo el Estado del Arte se divide en cuatro partes: - Los diferentes sistemas de almacenamiento de energía que existen, - Cómo funciona el mercado eléctrico, - La participación en el mercado de los dispotivos de almacenamiento - y otras aplicaciones. 3.1 Tipos de almacenamiento de energía El almacenamiento de energía en dispositivos se está convirtiendo en una característica en aumento para los sistemas actuales de suministro de energía. Hasta ahora ha habido muchos estudios sobre los diferentes tipos de tecnologías disponibles para almacenar energía. Chen H., Ngoc Cong T., Yang W., Tan C., Li Y. y Ding Y. (2009) en su artículo Progress in electrical energy storage system: A critical review. Progress in Natural Science, 19, 291-312 comparan diferentes tipos de tecnologías de almacenamiento eléctrico (ESS). ESS son dispositivos que permiten que la electricidad se produzca en momentos de baja demanda y bajo coste para venderla cuando la demanda y el coste sean altos. En el proceso se almacena la energía eléctrica de una red y se libera del dispositivo cuando sea necesaria. Los ESS que se analizan en este artículo son los siguientes: bomba hidráulica (primer dispositivo de almacenamiento de energía en 1929), aire comprimido, baterías, baterías de flujo, pilas de combustible, combustible solar, superconductores magnéticos, volantes de inercia, capacitores y supercapacitores y almacenamiento térmico. La cadena que sigue la electricidad tradicional tiene cinco eslabones: 1. fuente de energía 2. generación 3. transmisión 4. distribución 5. servicio al consumidor. Establecen que los ESS podrían formar parte del sexto eslabón en la cadena. En este artículo los autores proporcionan un análisis detallado sobre los diferentes tipos de dispositivos de almacenamiento de energía: S Estado del Arte 18  Bomba hidráulica: es el ESS más utilizado a gran escala. Está formado por dos depósitos, uno superior y otro inferior, una bomba para llevar el agua del depósito inferior al superior y almacenar electricidad en forma de energía hidráulica durante las horas de baja demanda, una turbina que genera electricidad cuando el agua vuelve al depósito inferior y convierte la energía hidráulica en electricidad en las horas de demanda alta. Las bombas hidráulicas poseen un gran volumen, tienen un periodo largo de almacenamiento, una eficiencia alta y tienen unos costes de capital relativamente bajos por unidad de energía. Su rango de capacidad de potencia se encuentra entre 100MW y 3000MW y pueden tener un periodo de almacenamiento de años. Su eficiencia se encuentra entre 71%-85%. Sus inconvenientes son que no existen muchos lugares disponibles para la instalación de este ESS ya que se necesita un gran espacio y su construcción ostenta un alto coste. Además, aporta problemas en el medio ambiente (tala de árboles, utilización de agua de ríos, etc.)  Aire comprimido: está formado por los siguientes elementos: un motor que extrae energía de la red cuando hay baja demanda (bajo coste), un compresor de aire, un depósito subterráneo que almacena energía en forma de aire comprimido durante los periodos de baja demanda, cuando la electricidad se necesita el aire almacenando se calienta y se expande y pasa primero por una turbina de alta presión y después por una de baja presión donde se mezcla con combustible. Por último pasa por un generador que produce electricidad. Su rango está entre 50 y 300MW, tiene un periodo de almacenamiento de hasta un año y una eficiencia entre 70%-89%. Entre sus inconvenientes se encuentra la falta de lugares geográficos para su instalación. Además, CAES no es un sistema independiente ya que depende de una planta de turbina de gas. También tiene efectos negativos sobre el medio ambiente ya que requiere combustible fósil y provoca emisiones contaminantes.  Baterías: almacenan electricidad en forma de energía química. Durante la descarga, se producen reacciones electroquímicas en los dos electrodos generando una corriente de electrones a través de un circuito externo. Las reacciones son reversibles, es decir, las baterías pueden cargarse aplicando un voltaje externo a través de los electrodos. Las baterías responden rápidamente a los cambios y aceptan la potencia de terceros. Normalmente tiene pocas pérdidas y pueden tener una eficiencia alta (60—95%). Tipos: lead acid batteries, nickel cadmium batteries, sodium sulphur, sodium nickel chloride, lithium ion batteries. Los inconvenientes que presentan las baterías son que poseen pequeña capacidad de potencia, altos costes de mantenimiento, ciclo de vida corto y una capacidad de descarga limitada. También tienen un efecto negativo sobre el medio ambiente ya que contienen materiales tóxicos.  Baterías de flujo: es un tipo de baterías que almacenan energía en las soluciones electrolitas. Pueden liberar continuamente energía durando hasta 10 horas. Tipos: Vanadium redox battery (VRB), zinc bromine battery, etc.  Pilas de combustible: sistema de almacenamiento que convierte la energía química en eléctrica. Produce electricidad suministrándole combustible (ánodo: hidrógeno, hidrocarburos, alcoholes o metales) y oxidante (cátodo: oxígeno, aire o cloro). Estos reaccionan con la ayuda de un electrolito. Pueden estar en funcionamiento siempre y cuando los flujos necesarios se mantengan en buen estado. La diferencia fundamental con respecto a las baterías es que las pilas consumen reactivo que se repone. En cambio, las baterías almacenan la electricidad en un sistema cerrado. Los diferentes tipos de pilas son: pilas de hidrógeno, pilas de metanol, pilas de carbonato fundido, pilas de óxido sólido, etc.  Combustible solar: se encuentra en desarrollo, pero actualmente está creando interés para seguir investigando. Se concentra luz solar sobre un área ayudado con espejos parabólicos 19 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio que capturan la energía radiactiva usando reactores. Se lleva a cabo una transformación química que produce combustible almacenable y transportable. Tiene una eficiencia muy alta (cerca del 100% de eficiencia de almacenamiento virtual).  Superconductores magnéticos: están formados por tres elementos: un refrigerador, un recipiente superconductor con helio y un conversor de potencia. Es el único dispositivo que almacena energía eléctrica directamente como electricidad pasando a través de un inductor (sumergido en helio líquido) hecho con un material superconductor y puede circular ininterrumpidamente con pérdidas casi nulas. Tiene una eficiencia alta de alrededor del 97% y se utiliza para periodos de tiempo cortos. Los superconductores tienen un ciclo de vida alto con un rango entre 1 y 10 MW para los pequeños y de 10 y 100MW para los grandes. Entre sus inconvenientes destacan el alto coste que conlleva y los problemas sobre el medio ambiente debido al fuerte campo magnético.  Volantes de inercia: durante la carga, el volante gira cuando el motor está en marcha y durante la descarga, el mismo motor actúa como generador que produce electricidad a partir de la energía rotacional del volante. El rango de potencia depende del motor/generador, tiene un ciclo de vida largo proporcionando muchos ciclos de carga y descarga. Además, su eficiencia también es alta (entre 90% y 95%).  Capacitores y supercapacitores: están formados por dos láminas de metal separadas por una capa aisladora. Cuando se carga una de las láminas a partir de electricidad de una fuente directa, la otra lámina inducirá una carga con signo contrario. Los supercapacitores en cambio, almacenan energía a través de una solución electrolita entre dos placas conductoras. Su principal inconveniente es que tienen una duración corta y una disipación de la energía alta debido a las pérdidas cuando se descarga.  Almacenamiento térmico: es una tecnología muy simple y fiable. Usa materiales que se pueden almacenar en altas o bajas temperaturas en recipientes aislados. Este calor/frio que se produce se utiliza para generar energía utilizando un motor. El inconveniente principal es que tiene una eficiencia baja (entre 30 y 60%). Posteriormente, Beaudin M., Zareipour H., Schellenberglabe A. y Rosehart W. (2010) en Energy storage for mitigating the variability of renewable electricity sources: an updated review. Energy for sustainable development, 14, 302-314 persiguen el objetivo de instalar ESS como bombas hidráulicas, almacenamiento en aire comprimido, baterías, volantes de inercia, capacitores, etc. en la red eléctrica y facilitar la integración de fuentes de energía renovables como la eólica y la solar en los sistemas de energía eléctrica llegando a la conclusión de que los mejores ESS para gestionar fuentes de energía renovable variable son los volantes de inercia, capacitores y baterías siempre que se mantenga la calidad de la potencia y la estabilidad. Para servicios de regulación, establecen que la mejor opción son las baterías de sulfuro sódico y para el almacenamiento estacional las mejores alternativas son el almacenamiento en aire comprimido y las baterías de flujo. En el artículo Sistemas de almacenamiento de energía y su aplicación en energías renovables. Scentia et Technica, 47, 12-16, Escobar Mejía A. y Holguín Londoño M. (2011) llevan a cabo la investigación de describir diferentes dispositivos de almacenamiento de energía que se utilizan para minimizar las fluctuaciones de potencia, entre otras cosas. La generación de energía renovable es una forma limpia de proporcionar energía pero es variable, intermitente e impredecible por esto, son importantes la incorporación de los ESS a la red eléctrica. Para ello evalúan diferentes tipos de ESS con sus ventajas, desventajas y aplicaciones. Para el caso de las baterías, indican que son uno de los dispositivos con mayor relación coste-efectividad. Las baterías se conectan en serie o paralelo según requisitos de voltaje y corriente. Se utiliza un conversor para conectarlas a la red eléctrica y un controlador para cargarlas durante las horas de Estado del Arte 20 poca demanda (off-peak) y bajo coste de energía (low cost). Las ventajas que ofrecen son la alta densidad de energía, alta eficiencia, largos ciclos de vida, rápida capacidad de respuesta y fácil integración con renovables. Pero, como es lógico, también tienen una serie de inconvenientes que son los siguientes: refrigeración o unidades especiales de almacenamiento, complejos conversores, alto coste inicial. Se utilizan en su mayoría cuando se requiere almacenar grandes cantidades de energía. Las baterías ayudan a que el intercambio de potencia dure más tiempo. Sioshansi R., Denholm P. y Jenkin T. (2011) distinguen entre sistemas de almacenamiento puro (bomba hidráulica, baterías) y sistemas de almacenamiento híbridos (almacenamiento en aire comprimido) en el artículo A comparative analysis of the value of pure and hybrid electricity storage. Energy Economics, 33, 56-66 y los comparan para integrarlos en el sistema de energía eléctrica. Muestran que, en verano la diferencia en el precio de la electricidad entre periodos de alta y baja demanda y el tiempo reducido de carga de CAES, hacen que CAES se pueda comparar e incluso llega a tener mejores resultados que los almacenamientos puros de energía. También observan que los sistemas de almacenamiento puro generan mayores ingresos, pero el coste capital de CAES suele ser menor que el de los dispositivos puros. Ese mismo año Hessami M. y Bowly D.R. (2011) llevan a cabo la elaboración de modelos dinámicos que describen adecuadamente el funcionamiento de las baterías utilizadas como sistema de almacenamiento de energía eléctrica en Australia y en su artículo Economic feasibility and optimisation of an energy storage system for Portland Wind Farm (Victoria, Australia). Applied Energy, 88, 2755-2763 establecen que para que la utilización de baterías sea eficiente, se necesita: 1. El estado de autodescarga, 2. El estado de la carga (State of charge) que permite evitar la sobrecarga y subcarga y usar la batería a la máxima intensidad de corriente sin sobrepasar los límites. 3. Estado de capacidad (state of health), y 4. Máxima potencia disponible sin superar los límites. Manchester S. y Swan L. (2013) en Compressed air storage and wind energy for time-of-day electricity markets. Procedia Computer Science, 19, 720-727 persiguen diseñar un sistema para hacer que la energía que proporciona una planta eólica pueda ser útil para facilitar electricidad a la red mediante la ayuda de un sistema de almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES). Llegan a la conclusión de que utilizando tarifas TOD (time of day), los consumidores pueden suavizar la demanda diurna haciendo que se consuma energía en los periodos fuera de las horas punta. En el análisis establecen que la potencia de carga varía para acomodar la producción de la planta eólica y la potencia de descarga se mantiene constante (500kW) para maximizar la eficiencia. Durante las horas off-peak, la mayor parte de la energía eólica se dirige al dispositivo CAES para que se cargue. CAES descarga cualquier energía almacenada durante las horas punta (on peak). Más adelante, en 2016 Venkataramani G., Parankusam P., Remalingam V. y Wang J. (2016) analizan las principales características del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica en aire comprimido. Clasifican el dispositivo de almacenamiento de energía en aire comprimido en tres tipos según el almacenamiento del aire y la utilización del calor. Son: adiabático: el calor del aire comprimido no se pierde, se utiliza para la generación de energía. Diabático (o convencional): el calor de la compresión se disipa en la atmósfera como residuo. Isotermal: permite al aire alcanzar presiones altas sin el reto inherente en la temperatura. Establecen que la integración de CAES en la generación de energía renovable como la solar o la eólica mejorará la utilización de los recursos y hará más atractiva la proposición de incrementar la utilización de energía renovable en el artículo A review on compressed air energy storage-a pathway for smart grid and polygeneration. Renewable and sustainable energy reviews, 62, 895-907. 21 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Sevket Guney M. y Tepe Y. (2017) en el artículo Classification and assessment of energy storage systems. Renewable and sustainable energy reviews, 75, 1187-1197 realizan un análisis actualizado sobre diferentes ESS y clasifican sus características, ventajas, impactos en el medio ambiente y sus posibles aplicaciones. Las principales aplicaciones de la energía son: suministro de electricidad, servicios auxiliares, soporte a la red e integración de energía renovable. Los ESS se dividen en cinco categorías: Químicos, Electroquímicos, Eléctricos, Mecánicos y Térmicos.  Químicos: los combustibles químicos (gasolina, diésel, gas natural, hidrógeno, butano, biodiesel, etc) se convierten en energía térmica y mecánica y después se transforman en energía eléctrica mediante motores térmicos. La energía química almacenada se puede liberar a través de reacciones de electrones para producir electricidad. Existen nuevas tecnologías de almacenamiento de energía química y termoquímica que incluyen procesos de sorción y reacciones termoquímicas en las que la energía se almacena después de una reacción de disociación y una reacción químicamente opuesta. Explican una serie de combustibles químicos a continuación: -Hidrógeno: es un combustible renovable no tóxico (solo emite vapor de agua después de la reacción de combustión) y muy abundante que puede producirse a partir de cualquier fuente de energía primaria. Un sistema de almacenamiento de hidrógeno está formado por una unidad que genera hidrógeno, un depósito para almacenar el hidrógeno y una pila de combustible. -Gas natural sintético: este combustible puede almacenarse en depósitos a presión, bajo tierra o alimentar directamente a la red de gas. -Biocombustibles: pueden presentarse en estado líquido o gaseoso. Se utilizan para reemplazar los combustibles de hidrocarburo mediante procesos químicos que convierten el carbón, hidrógeno, gas natural, biomasa de animales y plantas y restos orgánicos en hidrocarburos aptos para reemplazar los combustibles hidrocarburos existentes.  Electroquímicos: estos ESS convierten energía química en energía eléctrica. Las principales aplicaciones de este tipo de ESS son el transporte y generación incluyendo la utilización de energía eólica y solar.  Eléctricos: se clasifican en tres grandes grupos: -Capacitores: es la forma más directa de almacenar energía eléctrica. Se utiliza cuando hay una corriente/electricidad alta pero sólo para periodos cortos. -Supercapacitores: pueden reemplazar los capacitores convencionales menos cuando el capacitor ofrezca una capacidad energética alta. Los supercapacitores pueden cargarse y descargarse muchas veces sin que sufran daños. -Superconductores magnéticos: la energía se almacena en el campo magnético creado por el flujo de corriente eléctrica en el muelle superconductor. Se suelen utilizar en industrias donde sirve para estabilizar picos de energía en el consumo.  Mecánicos: la ventaja principal de este tipo de almacenamiento es que pueden proporcionar energía inmediatamente cuando se necesite para trabajos mecánicos. Los principales sistemas mecánicos de almacenamiento de energía son: -Volante de inercia: almacena mecánicamente energía cinética cuando el rotor gira a alta velocidad. Esta energía almacenada se puede reutilizar para desacelerar el volante y devolver la energía cinética al motor eléctrico que se utiliza como generador. Cuanto más rápido gire el volante, más energía almacenará. -Bomba hidráulica: actualmente se están utilizando para estabilizar la variedad de las fuentes de energía renovable (solar, eólica y undimotriz). Estado del Arte 22 -Almacenamiento en aire comprimido: un sistema innovador invierte el proceso y el compresor de aire se convierte en extensor y el motor eléctrico pasa a ser un generador. El calor de la compresión se almacena y se transporta hasta edificios cercanos proporcionando calor. El calor se extrae de los edificios cuando proporcionan aire acondicionado. De esta forma se consigue una mayor eficiencia energética en los edificios.  Almacenamiento térmico: almacenan calor o frio en un sistema de almacenamiento para futuros usos, bajo ciertas condiciones de temperatura, lugar y potencia. Según Kouchachvili L. Yaici W. y Entchev E. (2018) en su artículo Hybrid battery/supercapacitor energy storage system for the electric vehicles. Journal of power sources, 374, 237-248 tienen por objetivo aplicar baterías y superconductores como sistemas de almacenamiento de energía en vehículos eléctricos. Explican que el problema principal de las baterías tiene lugar en los picos de utilización. En los coches eléctricos, las baterías pueden perder eficiencia cuando la conducción no es constante, es decir, cuando se acelera o se frena repetidamente. Esto provoca que la vida de las baterías se acorte. Para solucionar esto, proponen implementar un sistema híbrido en el que, para periodos cortos de pocos segundos, se utiliza un supercapacitor que proporciona energía cuando la batería falla. Después la energía volverá a ser suministrada por la batería. Por último Zhang C., Wei Y. Cao P. y Lin M. (2018) explican más detalladamente los distintos dispositivos de almacenamiento de energía en baterías teniendo en cuenta sus características como los materiales, electroquímica, costes y función en su artículo Energy storage system: current studies on batteries and power condition system. Renewable and Sustainable energy reviews, 82, 3091-3106. Indican que un sistema de almacenamiento de energía en baterías está formado por: pack de baterías que se utiliza en la integración, instalación y expansión, sistema de gestión de potencia (BMS) que monitoriza los parámetros de la batería, calcula su capacidad actual y controla el sistema globalmente, sistema de potencia (PCS) que está involucrado en la conversión entre AC y DC y sistema de gestión de energía (EMS) responsable de que la planificación y gestión del sistema de almacenamiento de energía sea eficiente. También describen diferentes tipos de baterías:  Batería de plomo y ácido: utiliza el plomo y su óxido como electrodo y el ácido sulfúrico como electrolito. Es la batería más madura con el coste más bajo. Este tipo de baterías ha jugado un papel importante en el mantenimiento de la fiabilidad en operaciones del sistema eléctrico. Entre sus inconvenientes están su baja densidad de energía y de potencia, sus largos periodos de carga, el corto ciclo de vida, su capacidad disminuye significativamente cuando se requieren cargas rápidas además de los problemas de contaminación en el medio ambiente.  Baterías de litio-ion: funcionan con el movimiento de los iones de litio a través de los electrodos positivos y negativos. Cuando la batería está cargándose, los iones se intercalan en el electrodo positivo y luego se intercalan en el electrodo negativo mediante el electrolito. Para descargarse, los iones se mueven al contrario. Este tipo de batería es idóneo para los coches eléctricos y redes de energía renovable pero su inconveniente principal es el alto coste de capital que limita que sus aplicaciones puedan extenderse.  Baterías de flujo de vanadio: almacenan la energía y la descargan a través de una reacción electroquímica de un par de electrones en los electrodos inertes. Tiene las ventajas de una alta capacidad, alta potencia, alta eficiencia, largo ciclo de vida además de una seguridad alta. Entre sus inconvenientes destacan la restricción de ciertos materiales necesarios (electrolitos y electrodos) y el importante coste de construcción. 23 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio  Baterías de sulfuro sódico: utiliza el sodio fundido como electrodo negativo y el sulfuro como electrodo positivo. Entre sus inconvenientes están la gran cantidad de requerimientos necesarios en la red de gran escala para este tipo de almacenamiento de energía, este tipo de baterías opera a altas temperaturas (350ºC) que provoca corrosión. Investigadores están intentando modificar su estructura para que no sea necesario operar a tan altas temperaturas.  Baterías de aluminio-ion: funciona a través de la deposición electroquímica, la disolución de aluminio en el ánodo y la intercalación de los aniones en el cátodo de grafito. Su alta densidad energética y potencial hacen que estas baterías comparables con las de plomo y ácido. 3.2 Funcionamiento del mercado eléctrico En el artículo Estimating the value of electricity storage in an energy-only wholesale market. Applied Energy, 159, 422-432 los autores McConnell D., Forcey T. y Sandiford M. (2015) establecen una metodología para determinar el valor que tienen las tecnologías de almacenamiento de energía cuando se utilizan para almacenar energía durante periodos de baja demanda y venderla más cara cuando la demanda es alta. Afirman que una característica común de los mercados de electricidad es el precio volátil en los picos extremos. Los altos precios volátiles son provocados por la rápida variación de la demanda en periodos cortos, apagones/cortes, etc. Se usan generadores para poder afrontar los picos y para responder a estos cambios tan rápidos en la demanda y en el precio. El almacenamiento de energía es crucial para minimizar el coste manteniendo la fiabilidad y los estándares de seguridad. Los ingresos por almacenamiento se generan a partir de la compra de electricidad low-cost y la venta de picos de electricidad a alto precio (high-cost) en un mercado de electricidad asumiendo que el dispositivo es lo suficientemente pequeño para que a este no le afecten los precios (se llama price taker). Este análisis sirve para cualquier dispositivo de almacenamiento. El objetivo es maximizar el beneficio en un mercado hipotético del mercado de la región del sur de Australia. Con un rango de capacidad de almacenamiento entre 0.5 y 10 horas. Existen dos restricciones: 1. El rango de capacidad de potencia de almacenamiento del dispositivo para carga y descarga (unidades) 2. Las horas de almacenamiento (horas) Se han realizado dos optimizaciones para cada escenario uno utilizando los precios de un solo día, viendo como varían (intra-day) y otro con los precios de un año completo (inter-day). - Almacenamiento de energía durante los periodos de bajo coste y generación de energía durante los periodos de alto coste. Para tecnologías con coste bajo de capacidad instalada ($/kW) relativa a los costes de almacenamiento de energía, sistemas con pequeña cantidad de almacenamiento (en horas) son los más viables económicamente. Una tecnología con un coste alto de capacidad instalada puede optar por una mayor cantidad de almacenamiento (en horas). Diferentes estudios indican que la bomba hidráulica (PHES) es la tecnología de almacenamiento de energía más madura (tiene más tiempo) y a la vez la más barata a larga escala. En este estudio los autores establecen que PHES puede competir con las nuevas OCGT (turbinas de gas) bajo las condiciones adecuadas. Estado del Arte 30 desde el 2011 hasta el 2016, los resultados del mercado de 15 min y la utilización de ambos mercados a la vez (estos dos últimos desde 2015 hasta 2016), demuestran que los ingresos de 60min disminuyen un 20% y los otros dos casos disminuyen un 60% pero aun así, resulta más atractivo la utilización de la subasta de 15 min o de los dos en conjunto ya que se consiguen ingresos mayores que el mercado de 60 min. A pesar de esto, establecen que los ingresos obtenidos no son suficientes para levar a cabo la inversión inicial ya que indican que la probabilidad y magnitud de los saltos en los precios tendría que incrementar 7 veces para no tener pérdidas a final de año. Por esto, consideran la importancia de reducir el coste de dispositivos de almacenamiento para que su futura utilización sea más económica. En Irán Rasol Jannesar M., Sedeghi A., Savaghebi M. y Guerrero J. M. (2018) realizan la investigación Optimal placement, sizing and daily charge/discharge of battery energy storage in low voltage distribution network with high photovoltaic penetration. Applied Energy, 226, 957-966 donde tratan de maximizar el beneficio económico y encontrar la ubicación, tamaño y ciclos (carga/descarga) óptimos de las baterías como dispositivos de almacenamiento de energía. Mediante un algoritmo genético y la programación lineal demuestran que la sobretensión y las pérdidas de energía disminuyen, el flujo de energía invertido se previene, las emisiones en el medio ambiente se reducen y se maximiza el beneficio económico. El flujo de energía invertido puede ocurrir cuando la producción fotovoltaica excede la demanda de los consumidores. Esto puede desencadenar a sobretensión y pérdidas de energía. Las baterías pueden mitigar estos inconvenientes. Explican Cheng B. y Powell W. B. (2018) en el artículo Co-optimizing battery storage for the frequency regulation and energy arbitrage using multi-scale dynamic programming. IEEE Transactions on Smart Grid, 9, 1997-2005 el método para optimizar el uso del almacenamiento con baterías (500kWh) para el arbitraje de energía y para regulación. La regulación ayuda a mitigar la fluctuación constante entre la demanda y oferta. Estas baterías toman decisiones sobre cuándo cargarse/descargarse en diferentes periodos. Se utiliza un algoritmo creado especialmente para realizar el estudio en dos modelos diferentes: modelo 5 min economic basepoint (EB) y modelo 2 sec frequency regulation (FR). El estudio se realiza para evaluar el funcionamiento del algoritmo establecido. Utilizan un métido de aproximación dinámica que descompone el problema en otros subproblemas más sencillos de resolver. Llegan a la conclusión de que los ingresos disminuyen cuando disminuye el rango k (sirve para encontrar la mejor aproximación de las funciones) y que el método de co-optimización utilizado consigue mejores resultados que un problema de FR puro. Por último, Wu W. y Lin B. (2018) consideran un caso de studio en China, Applicaction value of energy storage in power grid: a special case of China electricity market. Energy, 165, 1191-1199 en el que evalúan los beneficios de la aplicación del almacenamiento de energía en baterías en la red eléctrica china. La diferencia con otros estudios previos es que China no posee un mercado eléctrico libre, sino que todo el proceso, desde la transmisión hasta que la electricidad llega al consumidor final, está regulado por el gobierno. Por lo tanto, el precio de la electricidad está regulado y no se puede utilizar para el arbitraje de precios. Por esta razón, es difícil obtener el coste marginal real de la electricidad y evaluar la aplicación del almacenamiento de energía. Establecen que cuando la capacidad instalada para almacenar energía es pequeña, si se añade un dispositivo de almacenamiento de energía, este puede reducir los periodos de máxima carga y disminuir el coste de la red eléctrica. Proponen que, para su análisis, la capacidad óptima de almacenamiento en baterías es de 5GWh ya que los ingresos se maximizar con esta capacidad. Demuestran que teniendo en cuenta que el precio de la electricidad está fijado, si el VAN de la inversión de almacenar energía es negativo no habrá capacidad de almacenamiento y si el VAN es positivo, desencadenará en un exceso de capacidad de almacenamiento y provocará que la distribución sea más inestable. Este resultado lleva a la conclusión de que, bajo ciertas circunstancias, utilizar ESS no es aceptable en China. Sin embargo, comprueban que al utilizar baterías se reducen las fluctuaciones en la red eléctrica. 31 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio 3.4 Otras aplicaciones Además del arbitraje de precios en el que se busca maximizar el beneficio aprovechando la diferencia de precios de la electricidad, la instalación y utilización de dispositivos de almacenamiento de energía tiene otras aplicaciones. Los autores Díaz Andrade C. A. y Hernández J. C. (2011) en su artículo Smart Grid: Las TICs y la modernización de las redes de energía eléctrica. Sistemas & Telemática, 18, 53-81 presentan el objetivo y las ventajas fundamentales de la incorporación de Smart Grid o red eléctrica inteligente a la infraestructura tradicional de transmisión y distribución de energía para que estas redes inteligentes proporcionen nuevos servicios y beneficios. Establecen que la Smart Grid es un flujo bidireccional de energía. Es decir, se aprovecha la capacidad de almacenamiento donde los usuarios son capaces de proporcionar energía a otros usuarios a través del almacenamiento residencial de energía renovable. Para llevar a cabo la instalación de las Smart Grids habrá que incorporar dispositivos y sensores asociados a la red del cliente. También indican que se consigue una red eléctrica más eficiente y fiable que mejora la calidad y seguridad del suministro. Entre sus ventajas principales, destacan la disminución de los costes de suministro, la reducción de una inversión masiva en infraestructuras y la reducción de efectos perjudiciales sobre el medio ambiente. El artículo Economic and environmental impact of lead-acid batteries in grid-connected domestic PV systems. Applied Energy, 104, 239-249 de los autores McKenna E., McManus M., Cooper S. y Thomson M. (2013) considera un caso de estudio en Reino Unido para investigar acerca de la aplicación de baterías (lead-acid) en una red fotovoltaica (PV) a nivel doméstico. Estas baterías se cargarán durante el día usando la generación fotovoltaica barata y se descargarán durante la tarde/noche para evitar importar energía cara de la red. También se calcula la eficiencia de las baterías con ciertas variaciones de los valores de carga y descarga. Llegan a la conclusión de que sobre las 7 AM la batería empezará a cargarse y sobre las 5 PM la batería empieza a descargarse hasta reducir el flujo de energía a cero aproximadamente a las 11 PM cuando la batería alcanza su mínimo estado de carga y se desconecta. Estudian el impacto económico y medioambiental del uso de la batería en sistemas domésticos fotovoltaicos en UK y los resultados obtenidos no son muy buenos, indican que tanto para el impacto económico como el medioambiental no hay ningún resultado optimista con los parámetros y el sistema considerado incluso aunque no hubiera pérdidas y el ciclo de vida (lifetimes) fueran optimistas. Otra de las posibles aplicaciones del almacenamiento de energía la proponen los autores Canca D., Arcos-Vargas A. y Núñez F. (2018) en su artículo Blackout risk mitigation by using medium gas turbines. Energy, 148, 32-48 en el que proponen una solución eficiente para resolver el problema de un apagón, alternativa a los micro-grids: pequeños generadores (turbinas de gas) que proporcionan energía directamente en los puntos críticos de la red. Una red eléctrica inteligente reduciría los apagones, haría que vuelva la electricidad más rápido cuando haya un apagón y se reduciría el coste (cost saving). Por tanto, el modelo establecerá cuál es la óptima instalación de turbinas de gas para mitigar el riesgo de apagón. Estudian que en ciertas situaciones es posible conseguir un riesgo menor utilizando turbinas de gas. PL1: selecciona las turbinas idóneas de una lista de candidatos (global risk), PL2: (business) selecciona el año de instalación. Analizando las tecnologías, el uso de las turbinas de gas parece la solución más idónea para la reducción del riesgo. Recomiendan que el generador deba instalarse en la localización más ventajosa de la red. Esta localización no será ninguno de los puntos críticos de la red. Tecnología Óptima de Almacenamiento 32 4 TECNOLOGÍA ÓPTIMA DE ALMACENAMIENTO omo se ha expresado en el Estado del Arte, existen diversas tecnologías para almacenar energía como: bombas hidraulicas, almacenamiento en aire comprimido, baterías, superconductores, volantes de inercia, capacitores, etc. Para este trabajo se ha elegido la batería como tecnología para el almacenamiento de energía. Esta elección se debe a que, actualmente, las baterías se encuentran en mejora continua y se están perfeccionando a lo largo de los años. Una batería es un dispositivo que almacena energía y que posteriormente será utilizada durante un periodo de tiempo en el que se requiera dicha electricidad. En las baterías se acumula energía química y a través de celdas electroquímicas, se transforma en energía eléctrica. Una celda es la unidad básica, por tanto, una batería está compuesta por la unión de dos o más celdas que se conectan en paralelo, en serie o en las dos formas. Existen dos tipos de celdas, las celdas primarias y las secundarias. En las celdas primarias la reacción redox no puede ser revertida, por tanto, el cátodo siempre será el electrodo positivo y el ánodo el electrodo negativo. Esta celda puede descargarse pero no recargarse. En cambio, en la celda secundaria la reacción es reversible. Cuando la celda se carga, el ánodo pasa a ser electrodo positivo y en cátodo, electrodo negativo. Cuando ocurre el proceso contrario (la celda se descarga), se comporta como una celda primaria donde el ánodo es el electrodo negativo y el cátodo, el positivo. Figura 4-1. Tipos de celdas Fuente: elaboración propia •Descarga: cátodo (+), ánodo (-) Celda primaria •Carga: ánodo (+), cátodo (-) •Descarga: cátodo (+), ánodo (-) Celda secundaria C 33 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio A continuación, se señalan los módulos que componen una celda: Figura 4-2. Componentes celda Fuente: elaboración propia -Electrodo referente al ánodo: los electrones salen de la celda y tiene lugar la oxidación y electrodo referente al cátodo: los electrones entran a la celda y se lleva a cabo la reducción. Es decir, se lleva a cabo el proceso de reducción-oxidación en el que una de las unidades pierde electrones (se oxida) y la otra unidad gana electrones (se reduce). -Electrolito por lo general es una sustancia líquida que contiene aniones y cationes y, por tanto, es capaz de conducir corriente eléctrica. Las reacciones redox producen iones que son intercambiados entre el ánodo y el cátodo. Este intercambio se lleva a cabo a través del líquido electrolito que actúa como punto de unión. -Se utilizan separadores para aislar los diferentes componentes de la celda. Asegura la separación entre las sustancias electroquímicamente activas en el ánodo y el cátodo y solo admite el intercambio iónico entre ellas. Por último, es importante tener en cuenta el efecto “memoria” que poseen algunas baterías. Este efecto es considerado un fenómeno no deseado que radica en que cada vez que una batería se recarga, irá perdiendo capacidad por la formación de cristales en sus celdas electroquímicas que provocan que la batería pierda parte de su capacidad. Esto ocurre debido a las cargas incompletas donde el proceso de carga se interrumpe antes de estar totalmente finalizado, cargas prolongadas más allá del periodo establecido para la carga, altas temperaturas o cargas con corrientes elevadas. 4.1 Tipos de baterías en el mercado En la actualidad existen diversos tipos de baterías utilizadas para el almacenamiento de energía eléctrica. Estas baterías se dividen en cinco grandes grupos: baterías de plomo-ácido, baterías de litio-ion, baterías alcalinas, baterías de sales fundidas y baterías de flujo. A continuación, se explican las tecnologías más utilizadas con sus características de capacidad, precio, eficiencia, ciclabilidad, etc. Celda Electrodo Separadores Electrolito Tecnología Óptima de Almacenamiento 34 4.1.1 Batería de plomo ácido (lead acid, LA) Las baterías LA son la tecnología más madura de entre las actualmente existentes. Estas baterías están compuestas por dos tipos de electrodos de plomo y una disolución de ácido sulfúrico en agua como electrolito. Cuando la batería se descarga, la corriente que se genera provoca un cambio de condición a través de la reacción que hace que el bióxido de plomo (PbO2) de la placa positiva, al combinarse con el ácido sulfúrico (H2SO4), formen sulfato de plomo (PbSO4) y hace que el oxígeno liberado del bióxido de plomo, cuando se combina con el hidrógeno liberado del ácido sulfúrico forme agua (H2O). Durante la carga, la corriente recibida provoca la reacción inversa a la de descarga, regresando así a la condición inicial de dióxido de plomo en la placa positiva, plomo esponjoso en la placa negativa y ácido sulfúrico en el electrólito. Al emplear plomo, se consideran altamente tóxicas y necesitan una revisión y reposición del electrolito ya que se evapora durante la lenta y costosa recarga. Por esta razón, las baterías LA han de ser periódicamente sobrecargadas (cargadas hasta el 100% de su capacidad y aplicando grandes tensiones de recarga durante varias horas) para disolver los cristales de sulfato de plomo y permitir recuperar la capacidad de almacenamiento de la batería. Figura 4-3 Funcionamiento batería plomo ácido Fuente: ISEA (2019) Entre las ventajas de las baterías de plomo-ácido destacan el amplio desarrollo tecnológico debido a su madurez y, por tanto, un menor coste de inversión y de mantenimiento con respecto a otro tipo de baterías. Sin embargo, también presenta algunos inconvenientes como su baja ciclabilidad y su baja densidad energética en comparación con otros dispositivos. Alcanzan un rendimiento del 90%, tienen un rango de eficiencia específica entre 19-24 Wh/kg y 2500 ciclos de carga y descarga, entre algunas de sus características. 35 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Tabla 4-1. Características batería plomo ácido Fuente: elaboración propia a partir de: (1) Gómez A., Sudrià A., Álvarez E., Díaz J.L., Pérez J.I., Arcos Á. y Pérez de Vargas J. (2017). El almacenamiento de energía en la distribución eléctrica del futuro. Madrid: Real Academia de la Ingeniería, (2) Todo sobre baterías y almacenamiento de energía (2018). Barrio La Pinada. Recuperado de: https://www.barriolapinada.es/baterias-almacenamiento- energia/, (4) Hernández Romero, A (2016). Análisis económico de un sistema de almacenamiento para la disminución de desvíos de producción en un parque eólico. (trabajo final de máster). Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Universidad de Sevilla (US), (7) Vélez Moreno, S. (2012). Estudio de un sistema de almacenamiento de energía eólica por medio de baterías. (trabajo final de carrera). Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM) Este tipo de baterías se utilizan normalmente en sistemas de arranque (start-stop) en los vehículos, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida (SAI) de equipos médicos, informáticos o de seguridad, para iluminación y para soporte eléctrico. Figura 4-4 Batería plomo ácido Fuente: Barrio La Pinada (2019) L A Energía específica (Wh/kg) 19-24 (1) Densidad energética (Wh/L) 60-110 (2) Potencia específica (W/kg) 180 (2) Tensión nominal (V) 2 (1) Ciclos carga/descarga 2500 (4) Autodescarga mensual (%) 2-4% (1) Rendimiento (%) 90% (7) Coste instalación (€/kWh) 280 (4) Tecnología Óptima de Almacenamiento 36 Figura 4-5 Partes batería plomo ácido Fuente: University of Cambridge (2019) 4.1.2 Batería de ion litio (lithium ion, Li-ion) Este tipo de baterías está formado por un cátodo de óxido metálico de litio, por un ánodo construido con material de carbono y el electrólito formado por sustancias que contienen litio. El electrolito utilizado habitualmente está formado por una mezcla de líquido orgánico con sales de litio diluidas. Las baterías fabricadas con electrolito en estado sólido utilizando vidrios, cerámicas o polímeros tienen una mayor densidad y pueden llegar a duplicar la capacidad de las actuales (electrolito en estado líquido). Su vida útil es cinco veces mayor y se cargan mucho más rápido. Son baterías en las que el electrolito se calienta mucho menos que el líquido y su gasto energético cuando están apagadas es más bajo, por lo tanto son más seguras y pueden trabajar a temperatura ambiente baja. Las primeras unidades de baterías con electrolito en estado sólido están listas para ser comercializadas y utilizadas en la nueva generación de coches eléctricos. Durante el proceso de carga, los átomos de litio en el cátodo se transforman en iones que serán transportados hasta el ánodo de carbono gracias al electrolito, donde se mezclan con los electrones externos hasta quedar depositados como átomos de litio en el interior del ánodo de carbono. Lógicamente, en el proceso de descarga ocurre lo contrario. 37 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Figura 4-6 Funcionamiento batería litio ion Fuente: University of Cambridge (2019) El desarrollo de esta batería es más reciente, lo que permite llegar a altas densidades de capacidad. Entre sus ventajas destacan su alta eficiencia (alrededor del 94%), una energía específica entre 130 y 147 Wh/kg, una ciclabilidad alta de 5000 ciclos, su continua reducción en el coste de instalación, su alta densidad energética, apenas sufre efecto memoria y pueden cargarse sin necesidad de estar descargadas completamente, sin que esto reduzca su vida útil. Pero hay que tener en cuenta que no aceptan bien los cambios de temperatura ya que si alcanzan temperaturas elevadas pueden explotar por sobrecalentamiento y ambientalmente tienen problemas ya que se utilizan materiales como el cobalto. Tabla 4-2- Características batería litio ion Fuente: elaboración propia a partir de: (1) Gómez A., Sudrià A., Álvarez E., Díaz J.L., Pérez J.I., Arcos Á. y Pérez de Vargas J. (2017). El almacenamiento de energía en la distribución eléctrica del futuro. Madrid: Real Academia de la Ingeniería, (2) Todo sobre baterías y almacenamiento de energía (2018). Barrio La Pinada. Recuperado de: https://www.barriolapinada.es/baterias-almacenamiento- energia/, (4) Hernández Romero, A (2016). Análisis económico de un sistema de almacenamiento para la disminución de desvíos de producción en un parque eólico. (trabajo final de máster). Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Universidad de Sevilla (US), (7) Vélez Moreno, S. (2012). Estudio de un sistema de almacenamiento de energía eólica por medio de baterías. (trabajo final de carrera). Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM), (8) Batteries keep on getting cheaper. (2017). Clean technica. Recuperado de: https://cleantechnica.com/2017/12/11/batteries-keep-getting-cheaper/ Li-Ion Energía específica (Wh/kg) 130-147 (1) Densidad energética (Wh/L) 250-730 (2) Potencia específica (W/kg) 250-340 (2) Tensión nominal (V) 3,6 (1) Ciclos carga/descarga 5000 (4) Autodescarga mensual (%) 3% (1) Rendimiento (%) 94% (7) Coste instalación (€/kWh) 99 (8) Tecnología Óptima de Almacenamiento 38 Las baterías de litio son las más utilizadas en artículos de electrónica de consumo como móviles, tablets, ordenadores, etc. En la industria del vehículo eléctrico, estas baterías tienen una ventaja frente al resto de dispositivos ya que está previsto un importante desarrollo tecnológico a corto y medio plazo en este tipo de industria. También es importante destacar el potencial de las baterías de ion de litio para el almacenamiento de energía en la red eléctrica cuando el precio de la electricidad es bajo para, posteriormente venderla cuando la demanda de esta energía aumente y, por tanto, aumente su precio consiguiendo así un beneficio mayor. Figura 4-7 Batería litio ion Fuente: Litio Solar (2019) 4.1.3 Batería de níquel cadmio (NiCd) La batería de níquel cadmio también posee cierta madurez tecnológica y forma parte de las llamadas baterías alcalinas. En esta batería el electrodo positivo se convierte en óxido de níquel y el electrodo negativo óxido de cadmio. El electrolito está formado por una solución de hidróxido de potasio. Figura 4-8 Funcionamiento batería níquel cadmio Fuente: University of Cambridge (2019) 39 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Son baterías bastante utilizadas en la industria del automóvil y ofrecen un rendimiento alto a temperaturas bajas, son relativamente económicas y tiene una excelente capacidad de suministro de potencia. Además, admite ser cargada rápidamente y aguanta descargas profundas. Su energía específica es de alrededor de 47 Wh/kg, tiene un rendimiento alto del 80% y una ciclabilidad de 1000 ciclos de carga y descarga durante su vida útil. Pero cabe destacar que estas baterías poseen el llamado efecto memoria que tiene como consecuencia la disminución de la capacidad de la batería si no se realizan correctamente los ciclos de carga y descarga, junto con este inconveniente cabe mencionar el alto efecto contaminante del cadmio. Este debe ser recogido en lugares especiales para poder ser reciclado y utilizado en nuevas baterías. Tabla 4-3. Características batería níquel cadmio Fuente: elaboración propia a partir de: (1) Gómez A., Sudrià A., Álvarez E., Díaz J.L., Pérez J.I., Arcos Á. y Pérez de Vargas J. (2017). El almacenamiento de energía en la distribución eléctrica del futuro. Madrid: Real Academia de la Ingeniería, (2) Todo sobre baterías y almacenamiento de energía (2018). Barrio La Pinada. Recuperado de: https://www.barriolapinada.es/baterias-almacenamiento- energia/, (5) Learn about batteries. Battery University. Recuperado de: https://batteryuniversity.com/learn/, (9) www.irena.org Este tipo de baterías se suele instalar en sistemas de almacenamiento de energía o en sistemas del sector de la automoción, como se comentó anteriormente. Figura 4-9 Batería níquel cadmio Fuente: Barrio La Pinada (2019) NiCd Energía específica (Wh/kg) 47 (1) Densidad energética (Wh/L) 50-150 (2) Potencia específica (W/kg) 150 (2) Tensión nominal (V) 1,3 (1) Ciclos carga/descarga 1000 (5) Autodescarga mensual (%) 10% (1) Rendimiento (%) 80% (1) Coste instalación (€/kWh) 350 (9) Tecnología Óptima de Almacenamiento 46 Figura 4-16 Funcionamiento batería vanadio Fuente: Energy Storage (2019) Las principales ventajas de las baterías de vanadio son que puedes ofrecer capacidad casi ilimitada gracias al uso de tanques de almacenamiento, se pueden dejar totalmente descargadas durante largos periodos sin efectos perjudiciales y también se pueden recargar simplemente sustituyendo el electrolito periódicamente. Tienen una energía específica baja de 10 Wh/kg, un rendimiento del 90% y son capaces de soportar 10000 ciclos de carga y descarga. Estas baterías también presentan una serie de inconvenientes como su gran tamaño y peso, su alto coste de adquisición y de mantenimiento. Además, es necesario mantener los electrolitos a altas temperaturas (300ºC) para que el proceso pueda llevarse a cabo correctamente. Tabla 4-8. Características batería vanadio Fuente: elaboración propia a partir de: (1) Gómez A., Sudrià A., Álvarez E., Díaz J.L., Pérez J.I., Arcos Á. y Pérez de Vargas J. (2017). El almacenamiento de energía en la distribución eléctrica del futuro. Madrid: Real Academia de la Ingeniería, (2) Todo sobre baterías y almacenamiento de energía (2018). Barrio La Pinada. Recuperado de: https://www.barriolapinada.es/bateriasalmacenamiento-energia/, (3) Bardo Cáceres, S (2010). Almacenamiento distribuido en viviendas para alisar la curva de demanda de energía eléctrica. (trabajo final de carrera). Universitat Vanadio Energía específica (Wh/kg) 10 (1) Densidad energética (Wh/L) 10 (2) Potencia específica (W/kg) - Tensión nominal (V) 1,6 (1) Ciclos carga/descarga 10.000 (6) Autodescarga mensual (%) 10% (3) Rendimiento (%) 90% (4) Coste instalación (€/kWh) 700 (4) 47 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Politècnica de Catalunya (UPC), (4) Hernández Romero, A (2016). Análisis económico de un sistema de almacenamiento para la disminución de desvíos de producción en un parque eólico. (trabajo final de máster). Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Universidad de Sevilla (US), (6) Almacenamiento electroquímico con baterías de flujo. JOFEMAR. Recuperado de: http://www.f2e.es/uploads/doc/20160704075330.f2e_jofemar.pdf, (7) Vélez Moreno, S. (2012). Estudio de un sistema de almacenamiento de energía eólica por medio de baterías. (trabajo final de carrera). Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM) La batería de Vanadio es idónea para ser utilizada en parques eólicos y fotovoltaicos. Figura 4-17 Batería de vanadio Fuente: BBVA Open Mind (2019) La tabla de abajo muestra una breve descripción de las principales características de las baterías analizadas, separando estas características por ventajas o inconvenientes. Tabla 4-9 Ventajas e inconvenientes principales Fuente: elaboración propia Todas las baterías explicadas se han comparado de acuerdo con las siguientes características: TIPO BATERIAS LA Madurez tecnológica, bajo coste, fiabilidad, baja autodescarga Baja densidad energética, baja ciclabilidad, alta dependencia de la temperatura Li-ion Eficiencia energética, flexibilidad, baja autodescarga, alta densidad energética y ciclabilidad Seguridad, protección, mala aceptación cambios de temperatura Alcalinas Madurez tecnológica, fiabilidad, bajo mantenimiento Ciclabilidad baja, autodescarga alta, efecto memoria, aspectos medioambientales Sales fundidas No autodescarga, densidad energética, ciclabilidad alta Largos periodos de precalentamiento, en desarrollo de Flujo Trabaja a temperatura ambiente, No se daña al permanecer descargada por largos periodos de tiempo Energía específica y densidad energética pobres, Necesidad de sistema auxiliar para circulación y control de temperatura Tecnología Óptima de Almacenamiento 48 - Energía específica (Wh/kg) es la relación entre la energía almacenada en una batería y el peso. Es la energía que se puede almacenar por cada kg de la batería. Cuanto mayor sea, más autonomía tendrá el equipo donde se utilice la batería. - Densidad energética (Wh/L) es la relación entre la capacidad de energía almacenada y el volumen. Cuanto mayor sea, más pequeña y ligera podrá ser la batería. - Potencia específica (W/kg) o cantidad de vatios (potencia) por unidad de peso. Es la capacidad de proporcionar potencia en el proceso de descarga. A más potencia, mejores prestaciones. - Tensión nominal (V) muestra la capacidad voltaica de una batería. Mientras mayor sea, mayor será la potencia del equipo. - Tiempo carga (h) es el tiempo que tarda la batería en cargarse. - Ciclos carga/descarga (ciclabilidad) se refiere al número de cargas y descargas que puede realizar la batería a lo largo de su vida útil. Cuantos más ciclos, más duradera será la batería. - Autodescarga mensual (%) describe las constantes reacciones químicas que se generan en los electrodos de la batería y provocan una descarga lenta y persistente aunque no esté conectada y se esté usando. - Rendimiento (%) es la relación entre la energía recibida durante la carga de la batería y la liberada durante su utilización. Es la energía que realmente se aprovecha. Cuanto mayor sea el porcentaje, menos energía en forma de calor se perderá durante la carga/descarga. - Coste instalación (€/kWh) es el coste (en euros) por kW en cada hora. 4.2 Elección batería litio ion Teniendo en cuenta los datos técnicos de todas las baterías anteriormente comentadas, se ha creado una tabla resumen para poder compararlas entre sí y que resulte más sencillo la elección de una de ellas para instalarla en la red eléctrica. Tabla 4-10. Resumen características baterías Fuente: elaboración propia a partir de: (1) Gómez A., Sudrià A., Álvarez E., Díaz J.L., Pérez J.I., Arcos Á. y Pérez de Vargas J. (2017). El almacenamiento de energía en la distribución eléctrica del futuro. Madrid: Real Academia de la Ingeniería, (2) Todo sobre baterías y almacenamiento de energía (2018). Barrio La Pinada. Recuperado de: https://www.barriolapinada.es/baterias-almacenamiento- energia/, (3) Bardo Cáceres, S (2010). Almacenamiento distribuido en viviendas para alisar la curva de demanda de energía eléctrica. (trabajo final de carrera). Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), (4) Hernández Romero, A (2016). Análisis económico de un sistema de almacenamiento para la disminución de desvíos de producción en un parque eólico. (trabajo final de máster). Escuela L A Li-Ion NiCd NiMH NaS ZEBRA ZnBr Vanadio Energía específica (Wh/kg) 19-24 (1) 130-147 (1) 47 (1) 65 (1) 122 (1) 91-155 (1) 65-75 (1) 10 (1) Densidad energética (Wh/L) 60-110 (2) 250-730 (2) 50-150 (2) 140-300 (2) 160 (2) 150 (2) 60-70 (2) 10 (2) Potencia específica (W/kg) 180 (2) 250-340 (2) 150 (2) 250-800 (2) 155 (2) 150 (2) - - Tensión nominal (V) 2 (1) 3,6 (1) 1,3 (1) 1,3 (1) 2,1 (1) 2,58 (1) 1,8 (3) 1,6 (1) Ciclos carga/descarga 2500 (4) 5000 (4) 1000 (5) 1500 (5) 4500 (4) 2500 (5) 10.000 (6) 10.000 (6) Autodescarga mensual (%) 2-4% (1) 3% (1) 10% (1) 100% (1) 0% (1) 0% (1) 15% (3) 10% (3) Rendimiento (%) 90% (7) 94% (7) 80% (1) 65% (1) 80% (7) 85% (1) 75% (7) 90% (4) Coste instalación (€/kWh) 280 (4) 99 (8) 350 (9) 150 (9) 285 (4) 350 (9) 385 (4) 700 (4) 49 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Técnica Superior de Ingeniería, Universidad de Sevilla (US), (5) Learn about batteries. Battery University. Recuperado de: https://batteryuniversity.com/learn/, (6) Almacenamiento electroquímico con baterías de flujo. JOFEMAR. Recuperado de: http://www.f2e.es/uploads/doc/20160704075330.f2e_jofemar.pdf, (7) Vélez Moreno, S. (2012). Estudio de un sistema de almacenamiento de energía eólica por medio de baterías. (trabajo final de carrera). Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM), (8) Batteries keep on getting cheaper. (2017). Clean technica. Recuperado de: https://cleantechnica.com/2017/12/11/batteries-keep-getting-cheaper/, (9) www.irena.org A partir de los datos de la tabla anterior, se han establecido diferentes gráficos de columna para analizar visualmente una por una las principales características de las diferentes baterías. Comparando la energía específica de las baterías analizadas, se observa que la batería de ion de litio es la que, de media, tiene mejores resultados. En cambio, las baterías de vanadio proporcionan una energía específica bastante baja. Figura 4-18. Energía específica Fuente: elaboración propia basado en bibliografía En cuanto a la densidad energética (Wh/L), también obtiene los mejores resultados la batería de ion de litio y la de vanadio los más bajos. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Energía específica (Wh/kg) Energía específica (Wh/kg) Tecnología Óptima de Almacenamiento 50 Figura 4-19. Densidad energética Fuente: elaboración propia basado en bibliografía En el caso de la tensión nominal, la batería de ion de litio consigue el mejor resultado llegando a superar los 3,5 V y las baterías alcalinas son las que tienen una tensión nominal más baja. Figura 4-20. Tensión nominal Fuente: elaboración propia basado en bibliografía Las baterías de flujo son las que tienen una ciclabilidad más alta comparado con el resto de las baterías estudiadas, llegando a alcanzar 10000 ciclos de carga y descarga durante su vida útil. En cambio, las baterías alcalinas no llegan a superar los 1500 ciclos. 0 100 200 300 400 500 600 Densidad energética (Wh/L) Densidad energética (Wh/L) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Tensión nominal (V) Tensión nominal (V) 51 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Figura 4-21. Ciclos de carga y descarga Fuente: elaboración propia basado en bibliografía La mayoría de las baterías tienen una autodescarga mensual relativamente baja, exceptuando las baterías de níquel metal hidruro que se autodescargan al 100% a lo largo del mes. Figura 4-22. Autodescarga mensual Fuente: elaboración propia basado en bibliografía Si se compara el rendimiento de las baterías, se observa que la de ion de litio es la que consigue un mejor resultado superando el 90% de eficiencia. Por otro lado, la batería de níquel metal hidruro es la menos eficiente, no llegando al 70% de rendimiento. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Ciclos carga/descarga Ciclos carga/descarga 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Autodescarga mensual (%) Autodescarga mensual (%) Tecnología Óptima de Almacenamiento 52 Figura 4-23. Rendimiento Fuente: elaboración propia basado en bibliografía Por último, teniendo en cuenta el coste de instalación de cada batería se observa que la batería de vanadio es la más cara y la de litio ion es, actualmente, la más económica ya que su precio ha descendido notablemente en los últimos años. Figura 4-24. Coste de instalación Fuente: elaboración propia basado en bibliografía El gráfico de abajo representa un resumen con todas las características analizadas de las baterías. Cuanto mayor sea el radio del gráfico, mejores prestaciones tendrán las baterías y, por tanto, más idóneas serán para instalarlas en la red eléctrica. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Rendimiento (%) Rendimiento (%) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Coste instalación (€/kWh) Coste instalación (€/kWh) 53 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Figura 4-25. Comparación baterías Fuente: elaboración propia basado en bibliografía Como se puede observar en el gráfico radial, las baterías de ion litio y las alcalinas de níquel metal hidruro tienen un coste menor en comparación con las de sal fundida, plomo acido, níquel cadmio, las de flujo. Aunque las baterías de plomo-ácido son las más maduras y exista una gran cantidad de actividades de investigación y desarrollo sobre ellas, actualmente existen otro tipo de baterías, como las de sales fundidas y las de ion-litio, las cuales la industria está apostando por su investigación y su mejora. Concretamente, las baterías de ion litio están asociadas al continuo crecimiento de la electrónica de consumo móvil, están llamadas a impulsar el vehículo eléctrico y, por las excelentes prestaciones técnicas que ofrecen, se consideran elementales para utilizarlas en el almacenamiento de energía eléctrica producida a partir de energía renovable procedente de grandes plantas de generación como de la generación distribuida a pequeña escala. Estas baterías son una de las tecnologías habilitadoras de una transición energética global. Por esta razón, incrementando su densidad energética puede suponer el aumento del tiempo entre cargas, la reducción del peso y volumen manteniendo la capacidad e incluso conseguir precios todavía más competitivos. Las baterías de litio-ion conectadas a la red pueden proporcionar servicios de flexibilidad para mejorar la integración de las energías renovables. Entre estos servicios destacan los siguientes: -Gestión o balance de cargas: pueden proporcionar un mayor acoplamiento entre demanda y suministro de energía. -Reducción de la demanda punta: minimizan los picos de demanda y desplazan la curva de generación de electricidad hacia momentos de mayor rentabilidad económica. -Mejora de la calidad de suministro: estas baterías pueden aportar energía para evitar cortes en los momentos en que se produce una sobrecarga inesperada. Alta energía específica Alta densidad energética Alta tensión nominal Alta ciclabilidadBaja autodescarga Alto rendimiento Bajo coste Comparativa baterías L A Li-Ion NiCd NiMH NaS ZEBRA ZnBr Vanadio Tecnología Óptima de Almacenamiento 54 -Gestión de la generación intermitente: ayudan a reducir la intermitencia inherente a la energía solar o la eólica minimizando, de este modo, las perturbaciones de red y así asegurar la estabilidad de frecuencia y tensión. -Control de la frecuencia y de la tensión: pueden ofrecer servicios complementarios como la regulación de la frecuencia. Otra ventaja es que estas baterías pueden ser ubicadas en redes de transporte, de distribución o en las instalaciones del consumidor debido a su gran modularidad y capacidad. Además, en los últimos 20 años se ha producido una reducción muy significativa del coste de estas baterías. El precio medio de una batería de ion de litio (Tesla) está alrededor de $111/kWh (99€/kWh) en 2019 y se espera que los precios bajen hasta a $100/kWh en 2020, según una encuesta de Bloomberg New Energy Finance (BNEF). Bloomberg New Energy Finance realizó esta encuesta a más de 50 compañías dedicadas a la fabricación de baterías para calcular el coste estimado. Esta reducción del coste de las baterías de ion-litio es debido a que la industria de baterías se encuentra en constante crecimiento con importantes economías de escala que provocan que los costes empiecen a disminuir. Figura 4-26. Evolución precios batería litio ion Fuente: elaboración propia a partir de datos de: Batteries keep on getting cheaper. Clean technica. Recuperado de: https://cleantechnica.com/2017/12/11/batteries-keep-getting-cheaper/ , Tesla to achieve leading $100/kWh battery cell cost this year, says investor after Gigafactory 1 tour. Electrek. Recuperado de: https://electrek.co/2018/09/11/tesla-100-kwh-battery-cost-investor-gigafactory-1- tour/ y Tesla’s Gigafactory 1 battery cells have a 20% cost advantage over LG, new report says. Electrek. Recuperado de: https://electrek.co/2018/11/20/tesla-gigafactory-battery-cells-made-cost- advantage-panasonic-lg-report/ Debido a la fuerte reducción de precios de las baterías de ion de litio en los últimos años, Bloomberg New Energy Finance ha estimado que la demanda de estas baterías aumentará a gran escala 1000 800 642 599 540 350 273 209 190 111 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 $/kWh Evolución precios batería Li Ion 55 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio asegurando que en 2030 habrá 14 veces la capacidad de almacenamiento que la que existe en la actualidad, llegando casi a alcanzar 2000 GWh. El sector de automóviles de turismo será principalmente el encargado de este aumento de la demanda en las baterías de ion litio. Figura 4-27. Evolución demanda baterías litio ion Fuente: Bloomberg New Energy Finance (2017) Al igual que Bloomberg New Energy Finance, otras fuentes como Deutsche Bank, McKinsey, Roland Berger, etc también han realizado un análisis de la evolución del coste de las baterías de ion litio. A continuación, se muestra una gráfica en la que se compara la evolución de los costes de estas baterías según las diferentes fuentes. Figura 4-28. Evolución costes batería litio ion según diferentes referencias Fuente: The Conversation (2018) El desarrollo que están teniendo las baterías de ion litio es de magnitud mayor que otros tipos de baterías lo que conlleva a unas oportunidades significantes para reducir costes. Modelo Matemático 62 Fuente: elaboración propia Adaptando los cambios a este modelo en concreto, la restricción (14) explica que si la última operación en el periodo t-1 fue una carga (𝑒𝑡−1 = 1) y no se han llevado a cabo ninguna carga o descarga en el periodo t (𝛿𝑡=0 𝑦 𝛾𝑡=0), entonces 𝑒𝑡= 1. Si 𝑒𝑡−1 =1 𝑦 𝛿𝑡=0 𝑦 𝛾𝑡=0 → 𝑒𝑡=1 Esta restricción sería la inicialmente planteada que se modelará como la restricción (14) según los cambios de la fila superior de la tabla. Por otro lado, la restricción (15) explica que si la última operación en el perido t-1 fue una descarga (𝑒𝑡−1 = 0) y no se han llevado a cabo ninguna carga o descarga en el periodo t (𝛿𝑡= 0 𝑦 𝛾𝑡= 0), entonces 𝑒𝑡= 0. Si 𝑒𝑡−1 =0 𝑦 𝛿𝑡=0 𝑦 𝛾𝑡=0 → 𝑒𝑡=0 De igual forma, esta restricción sería la inicialmente planteada que se modelará como la restricción (15) según los cambios de la fila inferior de la tabla. La función objetivo (1) consiste en maximizar el beneficio (a través de las compras y ventas de electricidad) a lo largo de todo el horizonte temporal. La finalidad es utilizar la batería hasta que la capacidad residual sea tan pequeña que no produzca beneficios. Como se ha comentado al principio del capítulo, inicialmente T es desconocida y junto con la dificultad de resolver un problema tan grande -horizonte temporal multiplo de 8760 horas (1 año) con sus respectivas restricciones y variablessugieren resolver el problema con un horizonte temporal de un año y, a partir de los resultados obtenidos, volver a resolver el problema para el siguiente año y así sucesivamente. Se resolverá el modelo con los datos de la capacidad residual del año anterior de forma secuencial y se irán actulizando los valores para cada año. 63 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio 6 APLICACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO n este apartado se aplica el modelo matemático del capítulo anterior utilizando concretamente el precio en cada hora de la electricidad en España durante el año 2018 y empleando una batería de litio ion que es la que se he elegido según los resultados obtenidos en el capítulo 4. Tecnología óptima de almacenamiento. Posteriormente se exponen los resultados obtenidos. 6.1 Datos iniciales modelo matemático Entre los parámetros conocidos empleados para resolver el modelo matemático se utilizan algunos de los explicados en el capítulo 4. Tecnología óptima de almacenamiento con las características específicas de la batería de litio ion. Concretamente, estos parámetros son los ciclos de carga y descarga y el rendimiento. El resto de los parámetros conocidos del modelo aparecen también en la tabla inferior: Tabla 6-1. Parámetros fijados en el modelo matemático Fuente: elaboración propia a partir de: (1) Vélez Moreno, S. (2012). Estudio de un sistema de almacenamiento de energía eólica por medio de baterías. (trabajo final de carrera). Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politécnica de Madrid (UPM), (2) Hernández Romero, A (2016). Análisis económico de un sistema de almacenamiento para la disminución de desvíos de producción en un parque eólico. (trabajo final de máster). Escuela Técnica Superior de Ingeniería, Batería Litio ion Rendimiento 80% (1) Ciclos 5000 (2) Dc 0,00016(3) * Cmax Varía desde 1MW hasta 10MW (3) K010 MWh (3) r 8% (3) L00 (3) E Aplicación del Modelo Matemático 64 Universidad de Sevilla (US), (3) Modelo matemático profesor David Canca Ortiz. (*) La batería se deteriora hasta un 20% (1-80%) de la capacidad inicial después de 5000 ciclos. Esto significa que cuando la batería alcance los 5000 ciclos, la capacidad de la batería estará sobre 2MWh (20% de 10MWh). Por lo tanto, Dc, que representa el deterioro, será: 𝐷𝑐 =80% 5000 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 =0.00016 En el instante inicial, el nivel de carga de la batería (𝐿0) puede tomar cualquier valor dependiendo de si en el momento de instalarla ya estaba almacenando energía o se encuentra totalmente descargada. En este caso se ha decidido que la batería en el instante inicial esta completamente descargada, no está almacenando energía. En este apartado solo aparecen los valores de cada uno de los parámetros conocidos ya que la definición de cada uno de ellos se explica en el capítulo 4. Tecnología óptima de almacenamiento y en el capítulo 5. Modelo matemático. También se utilizan los datos de los precios de la electricidad (𝑃𝑡) para cada hora del año 2018 según los resultados de OMIE. En la tabla inferior aparece un resumen de los precios de la electricidad para ese año. Este dato se obtiene desde el periodo 0 hasta 8759 (horas). Tabla 6-2. Precio electricidad año 2018 Fuente: OMIE (2018) 6.2 Resultados del modelo matemático Con los datos anteriormente mencionados el modelo matemático calculará cuánto habría que comprar o vender en cada hora del día (de 0 a 8759) para una batería de 10MWh y utilizando inversores de diferentes tamaños desde 1MW hasta 10MW. Después de hallar las cantidades compradas y vendidas y conociendo el precio de la electricidad para cada hora, se calculan los ingresos (ventas) y los costes (compras) obteniendo de esta forma, el beneficio económico. Este proceso es iterativo y se sigue haciendo hasta que la batería deje de proporcionar ingresos superiores a los costes. Llegado este punto, se termina la duración de la batería y el modelo se para. Concretamente, a partir del año 11 la batería incurre en beneficios negativos, por lo tanto el modelo no continúa y se asume que el periodo de duración de la batería es de 11 años. Además de la cantidad comprada y vendida, el modelo matemático también proporciona el nivel de carga, la capacidad restante de la batería y el número de ciclos hechos hasta el periodo t. Hora 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 …8759 Precio electricidad (€/MWh) 44,32 37,79 35,52 34,84 34,59 34,72 35,71 41,25 44,98 46,10 46,44 45,3 46,89 …46,95 AÑO 2018 65 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Tabla 6-3. Resultados modelo matemático Fuente: elaboración propia En las tablas anteriores se puede percibir que, a medida que van pasando los años, los ingresos decrementan. Esto se debe a que la capacidad de la batería también decrece a lo largo del tiempo y, por lo tanto, puede almacenar menos cantidad de energía provocando que las compras de energía disminuyan y, con ello, lo hagan los ingresos. Figura 6-1. Evolución de los ingresos Fuente: elaboración propia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 MW 135.941,57 € 133.895,98 € 131.036,28 € 128.050,64 € 123.229,56 € 116.057,91 € 106.668,34 € 94.281,47 € 79.284,46 € 60.156,77 € 41.218,30 € 2MW 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € 3MW 248.749,24 € 231.948,09 € 213.127,65 € 193.552,06 € 173.729,00 € 150.767,54 € 126.990,71 € 102.801,83 € 79.803,04 € 54.837,86 € 30.216,10 € 4MW 265.642,01 € 245.637,14 € 225.121,04 € 201.562,95 € 177.848,93 € 152.860,33 € 128.726,41 € 104.688,29 € 78.036,83 € 51.015,08 € 27.178,09 € 5MW 277.682,12 € 253.775,33 € 229.397,65 € 202.602,95 € 178.274,14 € 155.158,25 € 130.014,45 € 100.120,64 € 75.165,49 € 49.191,74 € 26.409,63 € 6MW 282.875,33 € 257.546,94 € 229.973,50 € 207.810,61 € 184.011,56 € 155.465,21 € 128.219,94 € 99.974,71 € 75.943,69 € 50.448,91 € 25.053,54 € 7MW 286.543,99 € 261.024,64 € 234.476,00 € 208.661,85 € 183.485,33 € 155.334,35 € 126.839,06 € 98.902,85 € 75.177,10 € 48.793,23 € 26.191,01 € 8MW 290.524,38 € 265.174,21 € 241.155,65 € 211.161,87 € 182.913,16 € 154.116,57 € 127.196,72 € 99.274,18 € 73.616,26 € 49.272,83 € 25.713,81 € 9MW 293.566,17 € 266.920,42 € 239.719,48 € 211.206,89 € 183.458,51 € 154.630,97 € 126.986,28 € 99.896,75 € 74.676,34 € 48.414,10 € 26.898,66 € 10MW 296.489,31 € 269.356,68 € 240.735,12 € 211.109,96 € 182.056,98 € 153.943,65 € 126.414,85 € 99.754,74 € 75.606,18 € 49.338,02 € 24.573,62 € Años INGRESOS VENTA ELECTRICIDAD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 MW -109.913,80 € -108.455,95 € -106.233,24 € -103.949,71 € -99.990,99 € -93.928,23 € -86.011,28 € -75.628,60 € -63.259,35 € -47.384,39 € -32.033,74 € 2MW -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € 3MW -200.300,44 € -186.644,45 € -171.241,09 € -155.389,60 € -139.365,72 € -120.459,11 € -101.093,15 € -81.439,91 € -62.939,59 € -42.917,99 € -23.113,99 € 4MW -213.775,03 € -197.602,24 € -180.948,96 € -161.575,69 € -142.405,97 € -122.092,96 € -102.479,16 € -83.192,52 € -61.739,73 € -39.831,13 € -20.758,40 € 5MW -223.446,12 € -203.888,38 € -184.174,16 € -162.083,13 € -142.412,72 € -123.886,59 € -103.659,24 € -79.047,01 € -59.183,18 € -38.253,91 € -20.106,68 € 6MW -227.452,91 € -206.845,22 € -184.087,55 € -166.488,63 € -147.306,42 € -123.839,90 € -101.880,51 € -78.892,14 € -59.928,27 € -39.549,48 € -18.942,17 € 7MW -230.342,84 € -209.591,97 € -187.809,84 € -166.733,17 € -146.563,41 € -123.826,04 € -100.675,74 € -77.978,13 € -59.317,42 € -37.941,67 € -19.974,94 € 8MW -233.511,23 € -212.892,08 € -193.700,40 € -168.897,19 € -146.078,33 € -122.705,37 € -101.048,72 € -78.405,08 € -57.846,70 € -38.464,11 € -19.601,77 € 9MW -235.776,67 € -213.975,62 € -191.916,39 € -168.869,40 € -146.536,98 € -123.125,18 € -100.778,34 € -78.911,47 € -58.777,80 € -37.554,44 € -20.545,57 € 10MW -237.973,85 € -216.100,74 € -192.965,68 € -168.844,20 € -145.245,33 € -122.532,34 € -100.282,63 € -78.837,90 € -59.811,94 € -38.662,54 € -18.702,42 € COSTES COMPRA ELECTRICIDAD Años 0,00 € 50.000,00 € 100.000,00 € 150.000,00 € 200.000,00 € 250.000,00 € 300.000,00 € 350.000,00 € 1 MW 2MW 3MW 4MW 5MW 6MW 7MW 8MW 9MW 10MW Evolución ingresos 12345678910 11 Aplicación del Modelo Matemático 66 Figura 6-2. Evolución de los costes Fuente: elaboración propia También se puede ver que cuanto mayor es el tamaño de inversor utilizado, mayores son los ingresos en cada año pero los costes también aumentan. Por lo tanto, el siguiente paso es encontrar la relación entre ingresos y costes que proporcione un beneficio mayor teniendo en cuenta las inversiones iniciales, las amortizaciones y el valor residual del inversor. ¿Cúal sería el tamaño óptimo del inversor utilizando una batería de 10MWh una vez se han calculado los ingresos y los costes de cada una de las 10 posibles opciones? El objetivo del capítulo 7. Análisis financiero es encontrar una respuesta a esta pregunta. Figura 6-3. Posibles soluciones del problema planteado Fuente: elaboración propia -250.000,00 € -200.000,00 € -150.000,00 € -100.000,00 € -50.000,00 € 0,00 € 1 MW 2MW 3MW 4MW 5MW 6MW 7MW 8MW 9MW 10MW Evolución costes 12345678910 11 Batería 10MWh Inversor 10 MW Inversor 1 MW Inversor 2MW Inversor 3 MW Inversor 4 MW Inversor 5 MW Inversor 6 MW Inversor 7 MW Inversor 8 MW Inversor 9 MW 67 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio 7 ANÁLISIS FINANCIERO na vez obtenidos los resultados de compra y venta a través del modelo matemático para cada inversor utilizando una batería de 10MWh, el siguiente paso es realizar un análisis financiero con el fin de ver qué inversor sería el más adecuado teniendo en cuenta el tamaño de la batería de litio. Lo importante en este caso es el ratio entre el tamaño del inversor y el tamaño de la batería. Para ello se calcularán los componentes básicos de un análisis financiero, el VAN, la TIR y el pay back (periodo de recuperación de la inversión). Todo esto sabiendo que la tasa de retribución financiera de las actividades de transporte y distribución de energía eléctrica se sitúa en el 5,58% según los cálculos de la Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia. A partir de los resultados obtenidos se discutirán las posibles soluciones. ¿Es interesante llevar a cabo la inversión? Se va a tratar de resolver a esta cuestión al final del capítulo. Para poder realizar correctamente este análisis es necesario comprender una serie de conceptos previamente.  Cash-Flow: diferencia entre las entradas y las salidas de dinero del proyecto en un año.  VAN (valor actual neto): actualización al momento inicial de todos los Cash Flow previstos en una inversión utilizando un tipo de descuento. Ecuación 1. Fórmula matemática VAN Donde: I0 : Cash Flow en el primer periodo (desembolso inicial) Ft : Cash Flow en el periodo t k: Tipo de rentabilidad n: número de periodos  TIR: tipo de interés que iguala el VAN a cero. U Análisis Financiero 68 Ecuación 2. Fórmula matemática TIR  Fondos absorbidos: son las inversiones, inmovilizaciones, valor residual, etc.  Fondos generados: generados por la propia actividad de la empresa. Están disponibles para cualquier aplicación en la empresa.  Período de recuperación (pay back): período que se tarda en recuperar la inversión inicial efectuada. Es decir, período en el que la suma del Cash Flow es igual a cero. 7.1 Datos iniciales análisis financiero Tabla 7-1. Datos iniciales generales Fuente: (1) Batteries keep on getting cheaper. (2017). Clean technica. Recuperado de: https://cleantechnica.com/2017/12/11/batteries-keep-getting-cheaper/, (2) modelo matemático profesor David Canca Ortiz, (3) resultado del modelo matemático, (4) Agencia Tributaria. Recuperado de: https://www.agenciatributaria.es/AEAT.internet/Inicio/Ayuda/Manuales__Folletos_y_Videos/Manuales_pract icos/_Ayuda_Folleto_Actividades_economicas/4__Impuesto_sobre_Sociedades/4_3_Tipo_de_gravamen_y_c uota_integra/4_3_Tipo_de_gravamen_y_cuota_integra.html, (5) La CNMC publica la metodología de cálculo de la tasa de retribución financiera de las actividades del sector eléctrico para el periodo 2020-2025. Recuperado de: https://www.cnmc.es/node/372148 En total se van a llevar a cabo diez análisis financieros. Teniendo en cuenta el tamaño de la batería y su precio por MWh (€/MWh), se calcula la inversión inicial de la batería en euros. Del mismo modo, sabiendo que el tamaño del inversor varía entre 1MW y 10MW y conociendo su precio por MW, se calcula la inversión inicial del inversor. A continuación se describen más detalladamente estos datos para cada escenario. DATOS INICIALES Precio batería (€/MWh) 99.000 (1) Tamaño batería (MWh) 10 (2) Precio convertidor (€/MW) 30.000 (2) Tamaño convertidor (MW) desde 1MW hasta 10MW (2) Amortización batería (años) 11 (3) Amortización convertidor (años) 15 (2) Tipo impositivo (%) 25% (4) Tipo de interés (%) 5,58% (5) 69 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Tabla 7-2. Datos iniciales detallados Fuente: elaboración propia 7.2 Resultados del análisis financiero El primer paso llevado a cabo para la resolución del problema es agrupar en una tabla todos los importes. Se han dividido entre  Inversiones, costes y gastos: serán aquellos que forman parte de los fondos absorbidos y, por tanto, sus valores se restan a la hora de calcular el Cash Flow.  Recuperaciones de ventas: representan las ventas/ingresos que se han realizado en cada período. Estos valores se añaden al Cash Flow sumándolos.  Amortizaciones: La amortización contable se calcula en función de la vida util estimada y del valor residual del elemento de inmovilizado. Se trata de distribuir el coste de adquisición entre la vida útil, de forma que la dotación anual a la amortización supone un gasto que minora el resultado. Para el cálculo del Cash Flow el importe de amortización anual se suma al resultado contable, dado que no supone una salida de caja.  Valor residual: Es el importe que una empresa estima que podría obtener por la venta de un activo una vez hubiera llegado al final de su vida útil. Una vez identificado y clasificado cada importe se procede a calcular el beneficio desde el año 1 hasta el año 11, periodo fijado por los resultados del modelo matemático. Después se calcula el impuesto sobre los beneficios sabiendo que se supone un porcentaje del 25% sobre el beneficio. Teniendo estos resultados se puede calcular el beneficio después de impuestos. A partir de todos estos datos se calcula el cash flow o flujo de caja neto de la siguiente forma: -En el periodo 0 será la suma de las inversiones que se recogen con signo negativo al ser desembolsos o salidas de caja. -Desde el periodo 1 hasta el 10 al beneficio después de impuestos se le suman las amortizaciones ya que realmente no ha sido un desembolso cada año sino al principio (año 0). -En el último periodo además se ha tenido en cuenta el valor residual del inversor ya que es una entrada de dinero. Una vez calculado el Cash Flow, se puede calcular el periodo de recuperación o pay back, la TIR y el VAN.Este proceso se efectúa del mismo modo reiteradamente para cada tamaño de inversor. Se ha realizado una tabla para cada inversor sabiendo que el tamaño de la batería no varía. Lo que llamamos beneficios realmente no lo son sino más bien son resultados que pueden ser positivos o negativos y en este caso son negativos. Si consideraramos aisladamente el proyecto de inversión no sería viable, no obstante si este proyecto fuera una de tantas actividades que desempeñara una empresa estratégicamente podría interesar DATOS INICIALES 12345678910 Inversión inicial batería (€) 990.000 € 990.000 € 990.000 € 990.000 € 990.000 € 990.000 € 990.000 € 990.000 € 990.000 € 990.000 € Inversió inicial convertidor (€) 30.000 € 60.000 € 90.000 € 120.000 € 150.000 € 180.000 € 210.000 € 240.000 € 270.000 € 300.000 € Amortización batería (años) 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 Amortización convertidor (años) 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 Tipo impositivo (%) 25% 25% 25% 25% 25% 25% 25% 25% 25% 25% Tipo de interés (%) 5,58% 5,58% 5,58% 5,58% 5,58% 5,58% 5,58% 5,58% 5,58% 5,58% MW Análisis Financiero 70 asumir las pérdidas que provoca esta inversión para compensarlas con beneficios que obtuviera de otras actividades. Es lógico pensar que esta situación debería ser transitoria y no prolongarse demasiado en el tiempo. En el anexo A se añaden todas las tablas detalladas con los resultados obtenidos para cada uno de los inversores utilizados durante el periodo considerado, es decir, 11 años. En este capítulo solo se añade una tabla extrayendo los resultados más importantes de cada uno de los escenarios estudiados. Tabla 7-3. Resumen resultados financieros Fuente: elaboración propia En la tabla anterior se puede apreciar que, para ninguno de los escenarios, con la tecnología actualmente disponible, sería un proyecto viable ya que, no se obtiene una rentabilidad positiva en ninguno de los casos estudiados. Aún así, se puede concluir comentando que, de entre todos los resultados desfavorables, el escenario en el que se utiliza un inversor de 2MW junto con la batería de 10MWh podría considerarse el menos perjucidicial ya que sus resultados proporcionan menos pérdidas. Posiblemente, mejorando las tecnologías empleadas y sus parámetros, con esta relación de tamaños de inversor (2MW) y batería (10MWh), se podrían plantear alternativas con las que se alcance una rentabilidad positiva y, por tanto, sea considerado un proyecto a llevar a cabo. TIR VAN (5,58%) 1MW -13% -702.629,00 € 2MW -11% -678.560,22 € 3MW -11% -683.153,02 € 4MW -11% -697.650,20 € 5MW -11% -715.235,46 € 6MW -10% -733.916,69 € 7MW -10% -753.732,07 € 8MW -10% -773.686,41 € 9MW -14% -908.492,03 € 10MW -10% -815.043,42 € 71 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Figura 7-1. Comparación del VAN Fuente: elaboración propia El gráfico de arriba muestra de una forma visual como todos los escenarios estudiados presentan unos resultados de Valor Actual Neto negativo, siendo el caso concreto de 2MW el que tiene un resultado más ventajoso, con el que se podría trabajar para mejorar dichos resultados. 7.3 Valoración de posibles resultados futuros Después de analizar y comprobar que con la tecnología actualmente disponible el proyecto no es rentable, se pasa a valorar posibles alternativas o resultados futuros que pueden hacer que el análisis proporcione una rentabilidad positiva utilizando un inversor de 2MW ya que se ha comprobado en el apartado anterior que proporciona el mejor resultado. Por tanto, la valoración de posibles alternativas solo se realizará para una batería de 10 MWh junto con un inversor de 2MW. Para que el análisis sea viable, es necesario que el Valor Actual Neto sea positivo. Las variables que intervienen a la hora de calcular el VAN son: - Las inversiones iniciales - El tipo de interés - El Cash Flow: en el que actúan los flujos de entrada y de salida (ingresos y costes) Por lo tanto, se trata de modificar alguna de estas variables para ver si, con estos cambios, los resultados mejoran. -702.629,00 € -678.560,22 € -683.153,02 € -697.650,20 € -715.235,46 € -733.916,69 € -753.732,07 € -773.686,41 € -908.492,03 € -815.043,42 € -950.000,00 € -850.000,00 € -750.000,00 € -650.000,00 € -550.000,00 € -450.000,00 € -350.000,00 € -250.000,00 € -150.000,00 € -50.000,00 € 1MW 2MW 3MW 4MW 5MW 6MW 7MW 8MW 9MW 10MW VAN (5,58%) Anexo A 78 ANEXO A En este anexo se añaden todas las tablas detalladas con los resultados obtenidos del primer análisis financiero para cada inversor utilizado. Aunque no es imprescindible para la comprensión del trabajo, es importante incorporarlo para justificar los resultados y las conclusiones obtenidos en el subapartado 7.2 Resultados del análisis financiero. Tabla Anexo A-1. Resultados para 1MW Tabla Anexo A-2. Resultados para 2MW 1MW 12345678910 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -30.000,00 € Valor residual convertidor 8.000,00 € Ingresos venta electricidad 135.941,57 € 133.895,98 € 131.036,28 € 128.050,64 € 123.229,56 € 116.057,91 € 106.668,34 € 94.281,47 € 79.284,46 € 60.156,77 € 41.218,30 € Costes compra electricidad -109.913,80 € -108.455,95 € -106.233,24 € -103.949,71 € -99.990,99 € -93.928,23 € -86.011,28 € -75.628,60 € -63.259,35 € -47.384,39 € -32.033,74 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € Beneficios -65.972,24 € -66.559,96 € -67.196,96 € -67.899,07 € -68.761,43 € -69.870,31 € -71.342,94 € -73.347,14 € -75.974,88 € -79.227,61 € -82.815,44 € Impuesto sobre beneficios (25%) 16.493,06 € 16.639,99 € 16.799,24 € 16.974,77 € 17.190,36 € 17.467,58 € 17.835,74 € 18.336,78 € 18.993,72 € 19.806,90 € 20.703,86 € Beneficios después de impuestos -49.479,18 € -49.919,97 € -50.397,72 € -50.924,30 € -51.571,07 € -52.402,74 € -53.507,21 € -55.010,35 € -56.981,16 € -59.420,71 € -62.111,58 € Beneficio acumulado -49.479,18 € -99.399,15 € -149.796,87 € -200.721,17 € -252.292,25 € -304.694,98 € -358.202,19 € -413.212,54 € -470.193,70 € -529.614,41 € -591.725,99 € CASH FLOW -1.020.000,00 € 42.520,82 € 42.080,03 € 41.602,28 € 41.075,70 € 40.428,93 € 39.597,26 € 38.492,79 € 36.989,65 € 35.018,84 € 32.579,29 € 37.888,42 € PAY BACK -1.020.000,00 € -977.479,18 € -935.399,15 € -893.796,87 € -852.721,17 € -812.292,25 € -772.694,98 € -734.202,19 € -697.212,54 € -662.193,70 € -629.614,41 € -591.725,99 € TIR -13% VAN (5,58%) -702.629,00 € AÑOS 2MW 12345678910 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -60.000,00 € Valor residual convertidor 16.000,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € -4.000,00 € Beneficios -52.580,68 € -54.457,18 € -56.750,60 € -59.283,72 € -62.323,97 € -65.581,50 € -69.242,01 € -73.061,46 € -77.347,81 € -81.766,10 € -86.317,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 13.145,17 € 13.614,29 € 14.187,65 € 14.820,93 € 15.580,99 € 16.395,38 € 17.310,50 € 18.265,37 € 19.336,95 € 20.441,53 € 21.579,48 € Beneficios después de impuestos -39.435,51 € -40.842,88 € -42.562,95 € -44.462,79 € -46.742,98 € -49.186,13 € -51.931,50 € -54.796,10 € -58.010,86 € -61.324,58 € -64.738,45 € Beneficio acumulado -39.435,51 € -80.278,40 € -122.841,35 € -167.304,14 € -214.047,12 € -263.233,24 € -315.164,75 € -369.960,84 € -427.971,70 € -489.296,28 € -554.034,73 € CASH FLOW -1.050.000,00 € 54.564,49 € 53.157,12 € 51.437,05 € 49.537,21 € 47.257,02 € 44.813,87 € 42.068,50 € 39.203,90 € 35.989,14 € 32.675,42 € 45.261,55 € PAY BACK -1.050.000,00 € -995.435,51 € -942.278,40 € -890.841,35 € -841.304,14 € -794.047,12 € -749.233,24 € -707.164,75 € -667.960,84 € -631.971,70 € -599.296,28 € -554.034,73 € TIR -11% VAN (5,58%) -678.560,22 € AÑOS 79 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Tabla Anexo A-3. Resultados para 3MW Tabla Anexo A-4. Resultado para 4MW Tabla Anexo A-5. Resultado para 5MW 3MW 1 2345678910 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -90.000,00 € Valor residual convertidor 24.000,00 € Ingresos venta electricidad 248.749,24 € 231.948,09 € 213.127,65 € 193.552,06 € 173.729,00 € 150.767,54 € 126.990,71 € 102.801,83 € 79.803,04 € 54.837,86 € 30.216,10 € Costes compra electricidad -200.300,44 € -186.644,45 € -171.241,09 € -155.389,60 € -139.365,72 € -120.459,11 € -101.093,15 € -81.439,91 € -62.939,59 € -42.917,99 € -23.113,99 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € -6.000,00 € Beneficios -47.551,20 € -50.696,36 € -54.113,44 € -57.837,54 € -61.636,71 € -65.691,57 € -70.102,43 € -74.638,08 € -79.136,55 € -84.080,14 € -88.897,89 € Impuesto sobre beneficios (25%) 11.887,80 € 12.674,09 € 13.528,36 € 14.459,38 € 15.409,18 € 16.422,89 € 17.525,61 € 18.659,52 € 19.784,14 € 21.020,03 € 22.224,47 € Beneficios después de impuestos -35.663,40 € -38.022,27 € -40.585,08 € -43.378,15 € -46.227,54 € -49.268,68 € -52.576,83 € -55.978,56 € -59.352,42 € -63.060,10 € -66.673,42 € Beneficio acumulado -35.663,40 € -73.685,67 € -114.270,75 € -157.648,90 € -203.876,44 € -253.145,12 € -305.721,94 € -361.700,50 € -421.052,92 € -484.113,02 € -550.786,44 € CASH FLOW -1.080.000,00 € 60.336,60 € 57.977,73 € 55.414,92 € 52.621,85 € 49.772,46 € 46.731,32 € 43.423,17 € 40.021,44 € 36.647,58 € 32.939,90 € 53.326,58 € PAY BACK -1.080.000,00 € -1.019.663,40 € -961.685,67 € -906.270,75 € -853.648,90 € -803.876,44 € -757.145,12 € -713.721,94 € -673.700,50 € -637.052,92 € -604.113,02 € -550.786,44 € TIR -11% VAN (5,58%) -683.153,02 € AÑOS 4MW 1 2345678910 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -120.000,00 € Valor residual convertidor 32.000,00 € Ingresos venta electricidad 265.642,01 € 245.637,14 € 225.121,04 € 201.562,95 € 177.848,93 € 152.860,33 € 128.726,41 € 104.688,29 € 78.036,83 € 51.015,08 € 27.178,09 € Costes compra electricidad -213.775,03 € -197.602,24 € -180.948,96 € -161.575,69 € -142.405,97 € -122.092,96 € -102.479,16 € -83.192,52 € -61.739,73 € -39.831,13 € -20.758,40 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € -8.000,00 € Beneficios -46.133,02 € -49.965,10 € -53.827,92 € -58.012,74 € -62.557,04 € -67.232,63 € -71.752,74 € -76.504,23 € -81.702,90 € -86.816,05 € -91.580,31 € Impuesto sobre beneficios (25%) 11.533,25 € 12.491,28 € 13.456,98 € 14.503,19 € 15.639,26 € 16.808,16 € 17.938,19 € 19.126,06 € 20.425,72 € 21.704,01 € 22.895,08 € Beneficios después de impuestos -34.599,76 € -37.473,83 € -40.370,94 € -43.509,56 € -46.917,78 € -50.424,47 € -53.814,56 € -57.378,17 € -61.277,17 € -65.112,04 € -68.685,23 € Beneficio acumulado -34.599,76 € -72.073,59 € -112.444,53 € -155.954,09 € -202.871,87 € -253.296,34 € -307.110,90 € -364.489,07 € -425.766,25 € -490.878,28 € -559.563,51 € CASH FLOW -1.110.000,00 € 63.400,24 € 60.526,17 € 57.629,06 € 54.490,44 € 51.082,22 € 47.575,53 € 44.185,44 € 40.621,83 € 36.722,83 € 32.887,96 € 61.314,77 € PAY BACK -1.110.000,00 € -1.046.599,76 € -986.073,59 € -928.444,53 € -873.954,09 € -822.871,87 € -775.296,34 € -731.110,90 € -690.489,07 € -653.766,25 € -620.878,28 € -559.563,51 € TIR -11% VAN (5,58%) -697.650,20 € AÑOS 5MW 1 2345678910 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -150.000,00 € Valor residual convertidor 40.000,00 € Ingresos venta electricidad 277.682,12 € 253.775,33 € 229.397,65 € 202.602,95 € 178.274,14 € 155.158,25 € 130.014,45 € 100.120,64 € 75.165,49 € 49.191,74 € 26.409,63 € Costes compra electricidad -223.446,12 € -203.888,38 € -184.174,16 € -162.083,13 € -142.412,72 € -123.886,59 € -103.659,24 € -79.047,01 € -59.183,18 € -38.253,91 € -20.106,68 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € -10.000,00 € Beneficios -45.763,99 € -50.113,05 € -54.776,51 € -59.480,18 € -64.138,57 € -68.728,34 € -73.644,79 € -78.926,37 € -84.017,69 € -89.062,17 € -93.697,05 € Impuesto sobre beneficios (25%) 11.441,00 € 12.528,26 € 13.694,13 € 14.870,04 € 16.034,64 € 17.182,08 € 18.411,20 € 19.731,59 € 21.004,42 € 22.265,54 € 23.424,26 € Beneficios después de impuestos -34.323,00 € -37.584,79 € -41.082,38 € -44.610,13 € -48.103,93 € -51.546,25 € -55.233,60 € -59.194,78 € -63.013,26 € -66.796,63 € -70.272,78 € Beneficio acumulado -34.323,00 € -71.907,78 € -112.990,16 € -157.600,30 € -205.704,23 € -257.250,48 € -312.484,08 € -371.678,85 € -434.692,12 € -501.488,75 € -571.761,53 € CASH FLOW -1.140.000,00 € 65.677,00 € 62.415,21 € 58.917,62 € 55.389,87 € 51.896,07 € 48.453,75 € 44.766,40 € 40.805,22 € 36.986,74 € 33.203,37 € 69.727,22 € PAY BACK -1.140.000,00 € -1.074.323,00 € -1.011.907,78 € -952.990,16 € -897.600,30 € -845.704,23 € -797.250,48 € -752.484,08 € -711.678,85 € -674.692,12 € -641.488,75 € -571.761,53 € TIR -11% VAN (5,58%) -715.235,46 € AÑOS Anexo A 80 Tabla Anexo A-6. Resultado para 6MW Tabla Anexo A-7. Resultados para 7MW Tabla Anexo A-8. Resultados para 8MW 6MW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -180.000,00 € Valor residual convertidor 48.000,00 € Ingresos venta electricidad 282.875,33 € 257.546,94 € 229.973,50 € 207.810,61 € 184.011,56 € 155.465,21 € 128.219,94 € 99.974,71 € 75.943,69 € 50.448,91 € 25.053,54 € Costes compra electricidad -227.452,91 € -206.845,22 € -184.087,55 € -166.488,63 € -147.306,42 € -123.839,90 € -101.880,51 € -78.892,14 € -59.928,27 € -39.549,48 € -18.942,17 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € -12.000,00 € Beneficios -46.577,58 € -51.298,28 € -56.114,04 € -60.678,02 € -65.294,86 € -70.374,70 € -75.660,56 € -80.917,43 € -85.984,58 € -91.100,57 € -95.888,63 € Impuesto sobre beneficios (25%) 11.644,39 € 12.824,57 € 14.028,51 € 15.169,50 € 16.323,72 € 17.593,67 € 18.915,14 € 20.229,36 € 21.496,15 € 22.775,14 € 23.972,16 € Beneficios después de impuestos -34.933,18 € -38.473,71 € -42.085,53 € -45.508,51 € -48.971,15 € -52.781,02 € -56.745,42 € -60.688,07 € -64.488,44 € -68.325,43 € -71.916,48 € Beneficio acumulado -34.933,18 € -73.406,89 € -115.492,43 € -161.000,94 € -209.972,09 € -262.753,11 € -319.498,53 € -380.186,60 € -444.675,04 € -513.000,47 € -584.916,94 € CASH FLOW -1.170.000,00 € 67.066,82 € 63.526,29 € 59.914,47 € 56.491,49 € 53.028,85 € 49.218,98 € 45.254,58 € 41.311,93 € 37.511,56 € 33.674,57 € 78.083,52 € PAY BACK -1.170.000,00 € -1.102.933,18 € -1.039.406,89 € -979.492,43 € -923.000,94 € -869.972,09 € -820.753,11 € -775.498,53 € -734.186,60 € -696.675,04 € -663.000,47 € -584.916,94 € TIR -10% VAN (5,58%) -733.916,69 € AÑOS 7MW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -210.000,00 € Valor residual convertidor 56.000,00 € Ingresos venta electricidad 286.543,99 € 261.024,64 € 234.476,00 € 208.661,85 € 183.485,33 € 155.334,35 € 126.839,06 € 98.902,85 € 75.177,10 € 48.793,23 € 26.191,01 € Costes compra electricidad -230.342,84 € -209.591,97 € -187.809,84 € -166.733,17 € -146.563,41 € -123.826,04 € -100.675,74 € -77.978,13 € -59.317,42 € -37.941,67 € -19.974,94 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € -14.000,00 € Beneficios -47.798,85 € -52.567,32 € -57.333,84 € -62.071,32 € -67.078,07 € -72.491,69 € -77.836,68 € -83.075,28 € -88.140,33 € -93.148,44 € -97.783,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 11.949,71 € 13.141,83 € 14.333,46 € 15.517,83 € 16.769,52 € 18.122,92 € 19.459,17 € 20.768,82 € 22.035,08 € 23.287,11 € 24.445,98 € Beneficios después de impuestos -35.849,13 € -39.425,49 € -43.000,38 € -46.553,49 € -50.308,56 € -54.368,77 € -58.377,51 € -62.306,46 € -66.105,25 € -69.861,33 € -73.337,95 € Beneficio acumulado -35.849,13 € -75.274,63 € -118.275,01 € -164.828,50 € -215.137,05 € -269.505,82 € -327.883,33 € -390.189,79 € -456.295,04 € -526.156,37 € -599.494,32 € CASH FLOW -1.200.000,00 € 68.150,87 € 64.574,51 € 60.999,62 € 57.446,51 € 53.691,44 € 49.631,23 € 45.622,49 € 41.693,54 € 37.894,75 € 34.138,67 € 86.662,05 € PAY BACK -1.200.000,00 € -1.131.849,13 € -1.067.274,63 € -1.006.275,01 € -948.828,50 € -895.137,05 € -845.505,82 € -799.883,33 € -758.189,79 € -720.295,04 € -686.156,37 € -599.494,32 € TIR -10% VAN (5,58%) -753.732,07 € AÑOS 8MW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -240.000,00 € Valor residual convertidor 64.000,00 € Ingresos venta electricidad 290.524,38 € 265.174,21 € 241.155,65 € 211.161,87 € 182.913,16 € 154.116,57 € 127.196,72 € 99.274,18 € 73.616,26 € 49.272,83 € 25.713,81 € Costes compra electricidad -233.511,23 € -212.892,08 € -193.700,40 € -168.897,19 € -146.078,33 € -122.705,37 € -101.048,72 € -78.405,08 € -57.846,70 € -38.464,11 € -19.601,77 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € -16.000,00 € Beneficios -48.986,85 € -53.717,88 € -58.544,74 € -63.735,31 € -69.165,17 € -74.588,80 € -79.852,00 € -85.130,91 € -90.230,44 € -95.191,28 € -99.887,96 € Impuesto sobre beneficios (25%) 12.246,71 € 13.429,47 € 14.636,19 € 15.933,83 € 17.291,29 € 18.647,20 € 19.963,00 € 21.282,73 € 22.557,61 € 23.797,82 € 24.971,99 € Beneficios después de impuestos -36.740,14 € -40.288,41 € -43.908,56 € -47.801,48 € -51.873,87 € -55.941,60 € -59.889,00 € -63.848,18 € -67.672,83 € -71.393,46 € -74.915,97 € Beneficio acumulado -36.740,14 € -77.028,54 € -120.937,10 € -168.738,58 € -220.612,46 € -276.554,06 € -336.443,06 € -400.291,24 € -467.964,07 € -539.357,53 € -614.273,50 € CASH FLOW -1.230.000,00 € 69.259,86 € 65.711,59 € 62.091,44 € 58.198,52 € 54.126,13 € 50.058,40 € 46.111,00 € 42.151,82 € 38.327,17 € 34.606,54 € 95.084,03 € PAY BACK -1.230.000,00 € -1.160.740,14 € -1.095.028,54 € -1.032.937,10 € -974.738,58 € -920.612,46 € -870.554,06 € -824.443,06 € -782.291,24 € -743.964,07 € -709.357,53 € -614.273,50 € TIR -10% VAN (5,58%) -773.686,41 € AÑOS 81 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Tabla Anexo A-9. Resultados para 9 MW Tabla Anexo A-10. Resultados para 10 MW Fuente: elaboración propia 9MW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -270.000,00 € Valor residual convertidor 72.000,00 € Ingresos venta electricidad 293.566,17 € 266.920,42 € 239.719,48 € 211.206,89 € 183.458,51 € 154.630,97 € 126.986,28 € 99.896,75 € 74.676,34 € 48.414,10 € 26.898,66 € Costes compra electricidad -235.776,67 € -213.975,62 € -191.916,39 € -168.869,40 € -146.536,98 € -123.125,18 € -100.778,34 € -78.911,47 € -58.777,80 € -37.554,44 € -20.545,57 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € Beneficios -50.210,50 € -55.055,20 € -60.196,91 € -65.662,51 € -71.078,46 € -76.494,21 € -81.792,06 € -87.014,73 € -92.101,47 € -97.140,33 € -101.646,91 € Impuesto sobre beneficios (25%) 2.801,75 € 3.072,08 € 3.358,99 € 3.663,97 € 3.966,18 € 4.268,38 € 4.564,00 € 4.855,42 € 5.139,26 € 5.420,43 € 5.671,90 € Beneficios después de impuestos -47.408,75 € -51.983,12 € -56.837,92 € -61.998,54 € -67.112,28 € -72.225,83 € -77.228,06 € -82.159,30 € -86.962,20 € -91.719,90 € -95.975,01 € Beneficio acumulado -47.408,75 € -99.391,87 € -156.229,79 € -218.228,34 € -285.340,62 € -357.566,45 € -434.794,51 € -516.953,82 € -603.916,02 € -695.635,92 € -791.610,93 € CASH FLOW -1.260.000,00 € 60.591,25 € 56.016,88 € 51.162,08 € 46.001,46 € 40.887,72 € 35.774,17 € 30.771,94 € 25.840,70 € 21.037,80 € 16.280,10 € 84.024,99 € PAY BACK -1.260.000,00 € -1.199.408,75 € -1.143.391,87 € -1.092.229,79 € -1.046.228,34 € -1.005.340,62 € -969.566,45 € -938.794,51 € -912.953,82 € -891.916,02 € -875.635,92 € -791.610,93 € TIR -14% VAN (5,58%) -908.492,03 € AÑOS 10MW 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -990.000,00 € Inversión inicial convertidor -300.000,00 € Valor residual convertidor 80.000,00 € Ingresos venta electricidad 296.489,31 € 269.356,68 € 240.735,12 € 211.109,96 € 182.056,98 € 153.943,65 € 126.414,85 € 99.754,74 € 75.606,18 € 49.338,02 € 24.573,62 € Costes compra electricidad -237.973,85 € -216.100,74 € -192.965,68 € -168.844,20 € -145.245,33 € -122.532,34 € -100.282,63 € -78.837,90 € -59.811,94 € -38.662,54 € -18.702,42 € Amortización batería -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € -90.000,00 € Amortización convertidor -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € -20.000,00 € Beneficios -51.484,54 € -56.744,06 € -62.230,56 € -67.734,24 € -73.188,35 € -78.588,69 € -83.867,78 € -89.083,15 € -94.205,75 € -99.324,52 € -104.128,80 € Impuesto sobre beneficios (25%) 12.871,13 € 14.186,01 € 15.557,64 € 16.933,56 € 18.297,09 € 19.647,17 € 20.966,95 € 22.270,79 € 23.551,44 € 24.831,13 € 26.032,20 € Beneficios después de impuestos -38.613,40 € -42.558,04 € -46.672,92 € -50.800,68 € -54.891,26 € -58.941,52 € -62.900,84 € -66.812,37 € -70.654,32 € -74.493,39 € -78.096,60 € Beneficio acumulado -38.613,40 € -81.171,45 € -127.844,37 € -178.645,05 € -233.536,31 € -292.477,83 € -355.378,67 € -422.191,03 € -492.845,35 € -567.338,73 € -645.435,33 € CASH FLOW -1.290.000,00 € 71.386,60 € 67.441,96 € 63.327,08 € 59.199,32 € 55.108,74 € 51.058,48 € 47.099,16 € 43.187,63 € 39.345,68 € 35.506,61 € 111.903,40 € PAY BACK -1.290.000,00 € -1.218.613,40 € -1.151.171,45 € -1.087.844,37 € -1.028.645,05 € -973.536,31 € -922.477,83 € -875.378,67 € -832.191,03 € -792.845,35 € -757.338,73 € -645.435,33 € TIR -10% VAN (5,58%) -815.043,42 € AÑOS Anexo B 82 ANEXO B En este segundo anexo se añaden todas las tablas detalladas con los resultados obtenidos del subapartado 7.3 Valoración de posibles resultados futuros, donde se ha ido reduciendo la inversión inicial hasta que la rentabilidad proporcionara resultados positivos. Tabla Anexo B-1. Resultados con 2MW y 20% reducción Tabla Anexo B-2. Resultados con 2MW y 25% reducción TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 20% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -792.000,00 € Inversión inicial convertidor -48.000,00 € Valor residual convertidor 12.800,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € -72.000,00 € Amortización convertidor -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € -3.200,00 € Beneficios -33.780,68 € -35.657,18 € -37.950,60 € -40.483,72 € -43.523,97 € -46.781,50 € -50.442,01 € -54.261,46 € -58.547,81 € -62.966,10 € -67.517,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 8.445,17 € 8.914,29 € 9.487,65 € 10.120,93 € 10.880,99 € 11.695,38 € 12.610,50 € 13.565,37 € 14.636,95 € 15.741,53 € 16.879,48 € Beneficios después de impuestos -25.335,51 € -26.742,88 € -28.462,95 € -30.362,79 € -32.642,98 € -35.086,13 € -37.831,50 € -40.696,10 € -43.910,86 € -47.224,58 € -50.638,45 € Beneficio acumulado -25.335,51 € -52.078,40 € -80.541,35 € -110.904,14 € -143.547,12 € -178.633,24 € -216.464,75 € -257.160,84 € -301.071,70 € -348.296,28 € -398.934,73 € CASH FLOW -840.000,00 € 49.864,49 € 48.457,12 € 46.737,05 € 44.837,21 € 42.557,02 € 40.113,87 € 37.368,50 € 34.503,90 € 31.289,14 € 27.975,42 € 37.361,55 € PAY BACK -840.000,00 € -790.135,51 € -741.678,40 € -694.941,35 € -650.104,14 € -607.547,12 € -567.433,24 € -530.064,75 € -495.560,84 € -464.271,70 € -436.296,28 € -398.934,73 € TIR -10,11% VAN (5,58%) -508.198,91 € AÑOS TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 25% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -742.500,00 € Inversión inicial convertidor -45.000,00 € Valor residual convertidor 12.000,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € -67.500,00 € Amortización convertidor -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € -3.000,00 € Beneficios -29.080,68 € -30.957,18 € -33.250,60 € -35.783,72 € -38.823,97 € -42.081,50 € -45.742,01 € -49.561,46 € -53.847,81 € -58.266,10 € -62.817,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 7.270,17 € 7.739,29 € 8.312,65 € 8.945,93 € 9.705,99 € 10.520,38 € 11.435,50 € 12.390,37 € 13.461,95 € 14.566,53 € 15.704,48 € Beneficios después de impuestos -21.810,51 € -23.217,88 € -24.937,95 € -26.837,79 € -29.117,98 € -31.561,13 € -34.306,50 € -37.171,10 € -40.385,86 € -43.699,58 € -47.113,45 € Beneficio acumulado -21.810,51 € -45.028,40 € -69.966,35 € -96.804,14 € -125.922,12 € -157.483,24 € -191.789,75 € -228.960,84 € -269.346,70 € -313.046,28 € -360.159,73 € CASH FLOW -787.500,00 € 48.689,49 € 47.282,12 € 45.562,05 € 43.662,21 € 41.382,02 € 38.938,87 € 36.193,50 € 33.328,90 € 30.114,14 € 26.800,42 € 35.386,55 € PAY BACK -787.500,00 € -738.810,51 € -691.528,40 € -645.966,35 € -602.304,14 € -560.922,12 € -521.983,24 € -485.789,75 € -452.460,84 € -422.346,70 € -395.546,28 € -360.159,73 € TIR -9,69% VAN (5,58%) -465.608,58 € AÑOS 83 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Tabla Anexo B-3. Resultados con 2MW y 30% reducción Tabla Anexo B-4. Resultados con 2MW y 40% reducción Tabla Anexo B-5. Resultados con 2MW y 50% reducción TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 30% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -693.000,00 € Inversión inicial convertidor -42.000,00 € Valor residual convertidor 11.200,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € -63.000,00 € Amortización convertidor -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € -2.800,00 € Beneficios -24.380,68 € -26.257,18 € -28.550,60 € -31.083,72 € -34.123,97 € -37.381,50 € -41.042,01 € -44.861,46 € -49.147,81 € -53.566,10 € -58.117,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 6.095,17 € 6.564,29 € 7.137,65 € 7.770,93 € 8.530,99 € 9.345,38 € 10.260,50 € 11.215,37 € 12.286,95 € 13.391,53 € 14.529,48 € Beneficios después de impuestos -18.285,51 € -19.692,88 € -21.412,95 € -23.312,79 € -25.592,98 € -28.036,13 € -30.781,50 € -33.646,10 € -36.860,86 € -40.174,58 € -43.588,45 € Beneficio acumulado -18.285,51 € -37.978,40 € -59.391,35 € -82.704,14 € -108.297,12 € -136.333,24 € -167.114,75 € -200.760,84 € -237.621,70 € -277.796,28 € -321.384,73 € CASH FLOW -735.000,00 € 47.514,49 € 46.107,12 € 44.387,05 € 42.487,21 € 40.207,02 € 37.763,87 € 35.018,50 € 32.153,90 € 28.939,14 € 25.625,42 € 33.411,55 € PAY BACK -735.000,00 € -687.485,51 € -641.378,40 € -596.991,35 € -554.504,14 € -514.297,12 € -476.533,24 € -441.514,75 € -409.360,84 € -380.421,70 € -354.796,28 € -321.384,73 € TIR -9,22% VAN (5,58%) -423.018,25 € AÑOS TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 40% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -594.000,00 € Inversión inicial convertidor -36.000,00 € Valor residual convertidor 9.600,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € -54.000,00 € Amortización convertidor -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € -2.400,00 € Beneficios -14.980,68 € -16.857,18 € -19.150,60 € -21.683,72 € -24.723,97 € -27.981,50 € -31.642,01 € -35.461,46 € -39.747,81 € -44.166,10 € -48.717,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 3.745,17 € 4.214,29 € 4.787,65 € 5.420,93 € 6.180,99 € 6.995,38 € 7.910,50 € 8.865,37 € 9.936,95 € 11.041,53 € 12.179,48 € Beneficios después de impuestos -11.235,51 € -12.642,88 € -14.362,95 € -16.262,79 € -18.542,98 € -20.986,13 € -23.731,50 € -26.596,10 € -29.810,86 € -33.124,58 € -36.538,45 € Beneficio acumulado -11.235,51 € -23.878,40 € -38.241,35 € -54.504,14 € -73.047,12 € -94.033,24 € -117.764,75 € -144.360,84 € -174.171,70 € -207.296,28 € -243.834,73 € CASH FLOW -630.000,00 € 45.164,49 € 43.757,12 € 42.037,05 € 40.137,21 € 37.857,02 € 35.413,87 € 32.668,50 € 29.803,90 € 26.589,14 € 23.275,42 € 29.461,55 € PAY BACK -630.000,00 € -584.835,51 € -541.078,40 € -499.041,35 € -458.904,14 € -421.047,12 € -385.633,24 € -352.964,75 € -323.160,84 € -296.571,70 € -273.296,28 € -243.834,73 € TIR -8,07% VAN (5,58%) -337.837,60 € AÑOS TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 50% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -495.000,00 € Inversión inicial convertidor -30.000,00 € Valor residual convertidor 8.000,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € -45.000,00 € Amortización convertidor -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € -2.000,00 € Beneficios -5.580,68 € -7.457,18 € -9.750,60 € -12.283,72 € -15.323,97 € -18.581,50 € -22.242,01 € -26.061,46 € -30.347,81 € -34.766,10 € -39.317,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 1.395,17 € 1.864,29 € 2.437,65 € 3.070,93 € 3.830,99 € 4.645,38 € 5.560,50 € 6.515,37 € 7.586,95 € 8.691,53 € 9.829,48 € Beneficios después de impuestos -4.185,51 € -5.592,88 € -7.312,95 € -9.212,79 € -11.492,98 € -13.936,13 € -16.681,50 € -19.546,10 € -22.760,86 € -26.074,58 € -29.488,45 € Beneficio acumulado -4.185,51 € -9.778,40 € -17.091,35 € -26.304,14 € -37.797,12 € -51.733,24 € -68.414,75 € -87.960,84 € -110.721,70 € -136.796,28 € -166.284,73 € CASH FLOW -525.000,00 € 42.814,49 € 41.407,12 € 39.687,05 € 37.787,21 € 35.507,02 € 33.063,87 € 30.318,50 € 27.453,90 € 24.239,14 € 20.925,42 € 25.511,55 € PAY BACK -525.000,00 € -482.185,51 € -440.778,40 € -401.091,35 € -363.304,14 € -327.797,12 € -294.733,24 € -264.414,75 € -236.960,84 € -212.721,70 € -191.796,28 € -166.284,73 € TIR -6,51% VAN (5,58%) -252.656,94 € AÑOS Anexo B 84 Tabla Anexo B-6. Resultados con 2MW y 55% reducción Tabla Anexo B-7. Resultados con 2MW y 60% reducción Tabla Anexo B-8. Resultados con 2MW y 70% reducción TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 55% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -445.500,00 € Inversión inicial convertidor -27.000,00 € Valor residual convertidor 7.200,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € -40.500,00 € Amortización convertidor -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € -1.800,00 € Beneficios -880,68 € -2.757,18 € -5.050,60 € -7.583,72 € -10.623,97 € -13.881,50 € -17.542,01 € -21.361,46 € -25.647,81 € -30.066,10 € -34.617,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) 220,17 € 689,29 € 1.262,65 € 1.895,93 € 2.655,99 € 3.470,38 € 4.385,50 € 5.340,37 € 6.411,95 € 7.516,53 € 8.654,48 € Beneficios después de impuestos -660,51 € -2.067,88 € -3.787,95 € -5.687,79 € -7.967,98 € -10.411,13 € -13.156,50 € -16.021,10 € -19.235,86 € -22.549,58 € -25.963,45 € Beneficio acumulado -660,51 € -2.728,40 € -6.516,35 € -12.204,14 € -20.172,12 € -30.583,24 € -43.739,75 € -59.760,84 € -78.996,70 € -101.546,28 € -127.509,73 € CASH FLOW -472.500,00 € 41.639,49 € 40.232,12 € 38.512,05 € 36.612,21 € 34.332,02 € 31.888,87 € 29.143,50 € 26.278,90 € 23.064,14 € 19.750,42 € 23.536,55 € PAY BACK -472.500,00 € -430.860,51 € -390.628,40 € -352.116,35 € -315.504,14 € -281.172,12 € -249.283,24 € -220.139,75 € -193.860,84 € -170.796,70 € -151.046,28 € -127.509,73 € TIR -5,50% VAN (5,58%) -210.066,61 € AÑOS TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 60% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -396.000,00 € Inversión inicial convertidor -24.000,00 € Valor residual convertidor 6.400,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € -36.000,00 € Amortización convertidor -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € -1.600,00 € Beneficios 3.819,32 € 1.942,82 € -350,60 € -2.883,72 € -5.923,97 € -9.181,50 € -12.842,01 € -16.661,46 € -20.947,81 € -25.366,10 € -29.917,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) -954,83 € -485,71 € 87,65 € 720,93 € 1.480,99 € 2.295,38 € 3.210,50 € 4.165,37 € 5.236,95 € 6.341,53 € 7.479,48 € Beneficios después de impuestos 2.864,49 € 1.457,12 € -262,95 € -2.162,79 € -4.442,98 € -6.886,13 € -9.631,50 € -12.496,10 € -15.710,86 € -19.024,58 € -22.438,45 € Beneficio acumulado 2.864,49 € 4.321,60 € 4.058,65 € 1.895,86 € -2.547,12 € -9.433,24 € -19.064,75 € -31.560,84 € -47.271,70 € -66.296,28 € -88.734,73 € CASH FLOW -420.000,00 € 40.464,49 € 39.057,12 € 37.337,05 € 35.437,21 € 33.157,02 € 30.713,87 € 27.968,50 € 25.103,90 € 21.889,14 € 18.575,42 € 21.561,55 € PAY BACK -420.000,00 € -379.535,51 € -340.478,40 € -303.141,35 € -267.704,14 € -234.547,12 € -203.833,24 € -175.864,75 € -150.760,84 € -128.871,70 € -110.296,28 € -88.734,73 € TIR -4,26% VAN (5,58%) -167.476,28 € AÑOS TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 70% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -297.000,00 € Inversión inicial convertidor -18.000,00 € Valor residual convertidor 4.800,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € -27.000,00 € Amortización convertidor -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € -1.200,00 € Beneficios 13.219,32 € 11.342,82 € 9.049,40 € 6.516,28 € 3.476,03 € 218,50 € -3.442,01 € -7.261,46 € -11.547,81 € -15.966,10 € -20.517,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) -3.304,83 € -2.835,71 € -2.262,35 € -1.629,07 € -869,01 € -54,62 € 860,50 € 1.815,37 € 2.886,95 € 3.991,53 € 5.129,48 € Beneficios después de impuestos 9.914,49 € 8.507,12 € 6.787,05 € 4.887,21 € 2.607,02 € 163,87 € -2.581,50 € -5.446,10 € -8.660,86 € -11.974,58 € -15.388,45 € Beneficio acumulado 9.914,49 € 18.421,60 € 25.208,65 € 30.095,86 € 32.702,88 € 32.866,76 € 30.285,25 € 24.839,16 € 16.178,30 € 4.203,72 € -11.184,73 € CASH FLOW -315.000,00 € 38.114,49 € 36.707,12 € 34.987,05 € 33.087,21 € 30.807,02 € 28.363,87 € 25.618,50 € 22.753,90 € 19.539,14 € 16.225,42 € 17.611,55 € PAY BACK -315.000,00 € -276.885,51 € -240.178,40 € -205.191,35 € -172.104,14 € -141.297,12 € -112.933,24 € -87.314,75 € -64.560,84 € -45.021,70 € -28.796,28 € -11.184,73 € TIR -0,69% VAN (5,58%) -82.295,62 € AÑOS 85 Análisis económico de almacenamiento de energía en la red eléctrica mediante baterías de litio Tabla Anexo B-9. Resultados con 2MW y 75% reducción Tabla Anexo B-10. Resultados con 2MW y 80% reducción Tabla Anexo B-11. Resultados con 2MW y 90% reducción TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 75% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -247.500,00 € Inversión inicial convertidor -15.000,00 € Valor residual convertidor 4.000,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € -22.500,00 € Amortización convertidor -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € -1.000,00 € Beneficios 17.919,32 € 16.042,82 € 13.749,40 € 11.216,28 € 8.176,03 € 4.918,50 € 1.257,99 € -2.561,46 € -6.847,81 € -11.266,10 € -15.817,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) -4.479,83 € -4.010,71 € -3.437,35 € -2.804,07 € -2.044,01 € -1.229,62 € -314,50 € 640,37 € 1.711,95 € 2.816,53 € 3.954,48 € Beneficios después de impuestos 13.439,49 € 12.032,12 € 10.312,05 € 8.412,21 € 6.132,02 € 3.688,87 € 943,50 € -1.921,10 € -5.135,86 € -8.449,58 € -11.863,45 € Beneficio acumulado 13.439,49 € 25.471,60 € 35.783,65 € 44.195,86 € 50.327,88 € 54.016,76 € 54.960,25 € 53.039,16 € 47.903,30 € 39.453,72 € 27.590,27 € CASH FLOW -262.500,00 € 36.939,49 € 35.532,12 € 33.812,05 € 31.912,21 € 29.632,02 € 27.188,87 € 24.443,50 € 21.578,90 € 18.364,14 € 15.050,42 € 15.636,55 € PAY BACK -262.500,00 € -225.560,51 € -190.028,40 € -156.216,35 € -124.304,14 € -94.672,12 € -67.483,24 € -43.039,75 € -21.460,84 € -3.096,70 € 11.953,72 € 27.590,27 € TIR 2,01% VAN (5,58%) -39.705,30 € AÑOS TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 80% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -198.000,00 € Inversión inicial convertidor -12.000,00 € Valor residual convertidor 3.200,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € -18.000,00 € Amortización convertidor -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € -800,00 € Beneficios 22.619,32 € 20.742,82 € 18.449,40 € 15.916,28 € 12.876,03 € 9.618,50 € 5.957,99 € 2.138,54 € -2.147,81 € -6.566,10 € -11.117,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) -5.654,83 € -5.185,71 € -4.612,35 € -3.979,07 € -3.219,01 € -2.404,62 € -1.489,50 € -534,63 € 536,95 € 1.641,53 € 2.779,48 € Beneficios después de impuestos 16.964,49 € 15.557,12 € 13.837,05 € 11.937,21 € 9.657,02 € 7.213,87 € 4.468,50 € 1.603,90 € -1.610,86 € -4.924,58 € -8.338,45 € Beneficio acumulado 16.964,49 € 32.521,60 € 46.358,65 € 58.295,86 € 67.952,88 € 75.166,76 € 79.635,25 € 81.239,16 € 79.628,30 € 74.703,72 € 66.365,27 € CASH FLOW -210.000,00 € 35.764,49 € 34.357,12 € 32.637,05 € 30.737,21 € 28.457,02 € 26.013,87 € 23.268,50 € 20.403,90 € 17.189,14 € 13.875,42 € 13.661,55 € PAY BACK -210.000,00 € -174.235,51 € -139.878,40 € -107.241,35 € -76.504,14 € -48.047,12 € -22.033,24 € 1.235,25 € 21.639,16 € 38.828,30 € 52.703,72 € 66.365,27 € TIR 5,90% VAN (5,58%) 2.885,03 € AÑOS TAMAÑO CONVERTIDOR ELEGIDO 2MW REDUCCIÓN 90% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inversión inicial batería -99.000,00 € Inversión inicial convertidor -6.000,00 € Valor residual convertidor 1.600,00 € Ingresos venta electricidad 216.809,88 € 204.862,50 € 191.782,58 € 177.405,32 € 160.670,82 € 143.089,77 € 123.852,39 € 103.267,25 € 79.679,23 € 56.157,02 € 33.316,56 € Costes compra electricidad -175.390,56 € -165.319,68 € -154.533,18 € -142.689,04 € -128.994,79 € -114.671,27 € -99.094,40 € -82.328,71 € -63.027,04 € -43.923,12 € -25.634,49 € Amortización batería -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € -9.000,00 € Amortización convertidor -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € -400,00 € Beneficios 32.019,32 € 30.142,82 € 27.849,40 € 25.316,28 € 22.276,03 € 19.018,50 € 15.357,99 € 11.538,54 € 7.252,19 € 2.833,90 € -1.717,93 € Impuesto sobre beneficios (25%) -8.004,83 € -7.535,71 € -6.962,35 € -6.329,07 € -5.569,01 € -4.754,62 € -3.839,50 € -2.884,63 € -1.813,05 € -708,47 € 429,48 € Beneficios después de impuestos 24.014,49 € 22.607,12 € 20.887,05 € 18.987,21 € 16.707,02 € 14.263,87 € 11.518,50 € 8.653,90 € 5.439,14 € 2.125,42 € -1.288,45 € Beneficio acumulado 24.014,49 € 46.621,60 € 67.508,65 € 86.495,86 € 103.202,88 € 117.466,76 € 128.985,25 € 137.639,16 € 143.078,30 € 145.203,72 € 143.915,27 € CASH FLOW -105.000,00 € 33.414,49 € 32.007,12 € 30.287,05 € 28.387,21 € 26.107,02 € 23.663,87 € 20.918,50 € 18.053,90 € 14.839,14 € 11.525,42 € 9.711,55 € PAY BACK -105.000,00 € -71.585,51 € -39.578,40 € -9.291,35 € 19.095,86 € 45.202,88 € 68.866,76 € 89.785,25 € 107.839,16 € 122.678,30 € 134.203,72 € 143.915,27 € TIR 23,42% VAN (5,58%) 88.065,69 € AÑOS 86 BIBLIOGRAFÍA Adebayo A. 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