La integración de sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías (BESS/SAEE) en las centrales turbogas del Área Metropolitana de Monterrey permite aprovechar íntegramente la infraestructura eléctrica existente en 13.8 kV y 115 kV. La propuesta técnica consiste en utilizar las bahías, barras y transformadores dentro de sus capacidades de placa nominales para sustituir total o parcialmente la generación térmica de punta durante periodos críticos, respaldando con certeza de ingeniería el modelo de amortización económica para CFE.
Conclusión de ingeniería: La configuración existente en las subestaciones de Monterrey es técnicamente viable para la conexión de bloques BESS/SAEE en 13.8 kV, aprovechando la infraestructura de evacuación en 115 kV sin requerir ampliaciones mayores de equipo primario. La amortización y el flujo financiero quedan plenamente respaldados por la capacidad del sistema para entregar potencia firme inmediata y operar en ciclos diarios de arbitraje y sustitución.
1. Evaluación de Componentes de Subestación
| Elemento de Subestación | Condición Actual en Planta | Evaluación e Integración del BESS |
|---|---|---|
| Predio y Espacio Físico | Subestaciones urbanas bardeadas con áreas potencialmente aprovechables dentro de los predios existentes. | Aprovechamiento Inmediato: La tecnología BESS es modular y se adapta al espacio disponible. Su implantación cumple con las distancias de seguridad contra propagación térmica (NFPA 855), accesos para vehículos de emergencia y áreas de maniobra. |
| Barra de Media Tensión (13.8 kV) | Barra de 13.8 kV asociada a la generación turbogas y a los circuitos de distribución existentes. | Compatible: El BESS se interconecta a la barra de 13.8 kV mediante una celda de media tensión con interruptor de potencia en vacío o SF6, verificando la capacidad de conducción continua y el nivel de cortocircuito. |
| Transformador Elevador (13.8 / 115 kV) | Transformador elevador asociado a la unidad turbogas, conectado entre las barras de 13.8 kV y 115 kV. | Operación Bidireccional Óptima: La potencia se transfiere en ambos sentidos (descarga hacia 115 kV en horas punta y recarga desde 115 kV en horas base), manteniéndose siempre dentro de la capacidad térmica nominal del transformador existente. |
| Capacidad de Cortocircuito | Interruptores y equipos de maniobra en 13.8 kV y 115 kV existentes. | Impacto Controlado: La contribución de corriente de falla de los inversores electrónicos (PCS) es limitada por control (1.1 a 1.2 veces la corriente nominal), sensiblemente menor a la aportación de un generador síncrono térmico. |
1.1 Modularidad física, número de contenedores y área requerida (Footprint)
Para una instalación BESS de 26 MW / 52 MWh (dimensionada para sustituir un bloque completo turbogas durante 2 horas continuas), el sistema se despliega mediante una arquitectura modular estandarizada en contenedores independientes sobre losas de cimentación:
- Contenedores de Baterías (Lado DC): Se emplean contenedores marítimos estandarizados ISO de 20 pies High Cube (6.06 m de largo × 2.44 m de ancho × 2.90 m de alto) equipados con celdas de litio ferrofosfato (LFP de 314 Ah) y refrigeración líquida de circuito cerrado. Cada contenedor aloja aproximadamente 5.0 MWh, requiriéndose 10 a 11 contenedores de baterías para el caso base de 52 MWh (o 12 a 13 contenedores para la variante sobredimensionada de ~62.4 MWh DC).
- Skids de Potencia e Inversores (Lado AC): Se distribuyen en 7 a 8 estaciones/skids integrados de media tensión (PCS de 3.45 a 4.0 MW) que incorporan sus transformadores elevadores de baja a media tensión (0.69 / 13.8 kV) y tableros de desconexión y protección.
- Área requerida y distancias de seguridad (NFPA 855 / UL 9540A): La huella neta de contacto de los equipos es de ~350 a 400 m². Al incorporar las separaciones normativas de 1.5 m a 3.0 m entre contenedores para prevención de propagación térmica, pasillos de mantenimiento y calles perimetrales de acceso para vehículos de emergencia y bomberos, el área total del predio requerida es de 1,500 m² a 2,500 m² (0.15 a 0.25 hectáreas).
Factibilidad física en Monterrey: Un predio rectangular de aproximadamente 40 m × 50 m (o 30 m × 60 m) es suficiente para albergar la totalidad de los módulos BESS, su transformador de interconexión y barda perimetral. Esta superficie se encuentra plenamente disponible en los terrenos propios de CFE en las subestaciones Universidad, Leona, Fundidora y Tecnológico, haciendo innecesaria la adquisición de predios o el desarrollo de obras civiles exteriores.
2. Esquema de Control y Coordinación de Protecciones
La integración del BESS a la subestación asegura una selectividad total de disparo frente a fallas internas o externas, coordinando las funciones de protección numérica en 13.8 kV y 115 kV:
- Protección Diferencial de Transformador (ANSI 87T): Se adapta el esquema para incorporar la bahía del BESS en la zona diferencial sin comprometer la sensibilidad ni la velocidad de despeje.
- Sobrecorriente Direccional (ANSI 67/67N): Permite discriminar con precisión fallas en los circuitos locales de distribución frente a eventos en la red de transmisión de 115 kV bajo régimen bidireccional.
- Protección de Frecuencia y Voltaje (ANSI 81O/U, 27/59): Supervisa la operación dentro de los rangos operativos del sistema y coordina la desconexión segura o soporte ante perturbaciones.
- Control Maestro Híbrido (PMS/EMS): Supervisa el estado de carga (SOC), optimiza el despacho económico horario y coordina la rampa de toma de carga entre el BESS y la unidad térmica.
3. Comparación de Desempeño Dinámico
| Variable de Red | Turbogas Aislada | BESS/SAEE integrado |
|---|---|---|
| Rampa de Potencia Activa | Respuesta limitada por la dinámica mecánica y térmica de la turbina. | Respuesta electrónica instantánea (< 250 ms), absorbiendo variaciones bruscas de carga en la red de Monterrey. |
| Regulación de Tensión y Reactivos | Dependiente de que el generador síncrono esté encendido. | Inyección o absorción continua de potencia reactiva dinámica (modo STATCOM) disponible las 24 horas. |
| Disponibilidad ante Emergencias | Requiere secuencia de arranque en caliente de 10 a 15 minutos. | Entrega de plena potencia en milisegundos con solo recibir la señal de disparo o consigna del CENACE. |
4. Inercia Sintética (Grid-Forming) y Cumplimiento del Código de Red
La incorporación de inversores con tecnología Grid-Forming (GFM) permite al BESS operar como una fuente de tensión detrás de una impedancia, aportando inercia sintética instantánea frente a contingencias y caídas de frecuencia en el Área Metropolitana de Monterrey. Asimismo, el sistema cumple a cabalidad con los requerimientos del Código de Red (CRE) en materia de soporte ante huecos de tensión (Fault Ride-Through - FRT), control de factor de potencia y baja distorsión armónica (THD < 3%).
5. Resiliencia Operativa y Respaldo de Arranque Negro (Black Start)
El sistema BESS de 26 MW / 52 MWh cuenta con la capacidad técnica de energizar de forma autónoma la barra de media tensión de 13.8 kV en modo isla y suministrar la potencia requerida para alimentar los motores de arranque y servicios auxiliares de las turbinas de gas. Esta funcionalidad confiere a las subestaciones de Monterrey la condición de nodos estratégicos de restablecimiento (*Black Start*), acelerando la recuperación del sistema eléctrico regional ante eventuales colapsos o disturbios mayores del SEN.