FLEXHYBAT: Bateries de segona vida per allargar la vida útil de les centrals hidroelèctriques reversibles

La transició energètica està transformant el funcionament de la xarxa elèctrica. La creixent penetració d’energies renovables variables exigeix centrals capaces de respondre amb rapidesa als canvis de demanda i de proporcionar serveis auxiliars de xarxa, com la regulació de freqüència. En aquest context, les centrals hidroelèctriques reversibles tenen un paper clau per aportar estabilitat i flexibilitat al sistema.

Tanmateix, aquesta nova funció operativa té un cost tecnològic. Quan les turbines treballen en rangs de funcionament més amplis i en condicions fora d’especificació, augmenten les càrregues dinàmiques i el desgast dels components hidromecànics crítics, com el rodet de la turbina o els mecanismes de regulació del cabal. Això pot reduir la vida útil dels equips, allargar els períodes de revisió i incrementar els costos d’operació i manteniment. El repte, per tant, és trobar solucions que permetin prestar serveis de xarxa amb més flexibilitat sense penalitzar la fiabilitat ni la rendibilitat de la central.

FLEXHYBAT proposa una solució basada en la hibridació de turbines hidroelèctriques amb sistemes d’emmagatzematge amb bateries de segona vida. Aquestes bateries poden actuar com a element amortidor entre les demandes ràpides de la xarxa i la resposta mecànica de la turbina, absorbint part de les fluctuacions i reduint els moviments continus dels components hidromecànics. D’aquesta manera, el sistema híbrid pot contribuir a reduir el desgast, millorar l’eficiència operativa i oferir una resposta més ràpida i precisa als serveis auxiliars.

El projecte combina modelització, simulació de xarxa, bessons digitals, caracterització experimental de bateries i validació mitjançant sistemes de laboratori a escala reduïda i hardware-in-the-loop (una metodologia de prova en què una part del sistema és real —en aquest cas els components— i la resta del sistema es representa mitjançant una simulació en temps real). També desenvolupa models de baixa complexitat, però precisos, per descriure el rendiment i l’envelliment de bateries de segona vida, així com metodologies per reduir els temps de prova i facilitar-ne la reutilització. Un altre element rellevant és l’estandardització de fitxes de dades de bateries de segona vida, amb l’objectiu de donar més seguretat i traçabilitat al procés de reaprofitament.

Els resultats esperats apunten a que una bateria relativament petita podria tenir un impacte molt significatiu: una potència de bateria d’aproximadament el 4% de la potència de la turbina es considera un punt òptim, i aquesta configuració pot reduir fins a un 50% el moviment acumulat dels actuadors mecànics durant serveis de regulació automàtica de freqüència. També s’esperen reduccions importants dels cicles d’esforç en components com el mecanisme dels àleps directors i el rodet de la turbina.

L’aportació de la UPC se centra en dos àmbits complementaris. El CDIF aporta el seu coneixement en el principi de funcionament de les turbines hidràuliques, la diagnosi, els mecanismes de degradació, la modelització dinàmica i l’avaluació de l’impacte de la hibridació sobre la vida útil dels components crítics. Per la seva banda, l’EPIC contribueix amb la seva expertesa en caracterització tèrmica i elèctrica de bateries, modelització, estimació de l’envelliment i anàlisi de bateries de segona vida. Aquesta combinació permet abordar el repte des d’una perspectiva integrada, connectant el comportament hidromecànic de la central amb el rendiment del sistema d’emmagatzematge.

El projecte utilitza com a demostrador la central hidroelèctrica reversible Sallente-Estany Gento, situada a la Torre de Cabdella, al Pallars Jussà. La instal·lació permet analitzar en un entorn real les condicions de funcionament, les necessitats d’emmagatzematge i l’impacte potencial de la hibridació sobre la flexibilitat de la central.

Consorci, pressupost i finançament

FLEXHYBAT està coordinat entre la UPC i la Universidad de Oviedo (UNIOVI). El projecte està finançat pel Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (PID2022-139479OB-C21) en el marc del Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2021-2023 (Agencia Estatal de Investigación). Té una durada de tres anys (setembre de 2023 - agost de 2026) i compta amb un pressupost de 520.000 euros.