Design of a hybrid solar PV and wind power plant with an energy storage system

Abstract

En el contexto del desarrollo energético y el impulso global hacia la descarbonización total del sector eléctrico, países como España han desarrollado planes con objetivos de capacidad instalada hasta 2030. Esta iniciativa promueve el desarrollo de nuevas plantas de energía renovable, como plantas fotovoltaicas, parques eólicos y la integración de sistemas de almacenamiento que permitan desplazar la producción solar a las horas de mayor demanda, cuando las plantas de ciclo combinado son los principales productores. Las dos primeras tecnologías mencionadas ya están significativamente integradas en el mix energético nacional, con la energía eólica emergiendo como la principal fuente de producción en España. Sin embargo, a pesar de la presencia de embalses y estaciones de bombeo, la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica aún está en una etapa pionera. El presente proyecto se centra en la optimización del diseño de una planta de hibridación, mediante la selección del emplazamiento óptimo, basada en la disponibilidad de recursos solares, y la elección de equipos que maximicen la eficiencia de la planta fotovoltaica. Asimismo, se desarrolla un parque eólico estratégico, optimizando su producción para garantizar la máxima rentabilidad del proyecto. Para asegurar un uso eficiente de la energía generada, se integra un sistema de almacenamiento con baterías. Este proyecto destaca la inminente crisis en el sector energético español, donde las plantas existentes y en desarrollo avanzado pueden enfrentar reducciones de ingresos, haciendo imposible la recuperación de la inversión y potencialmente llevando a la quiebra a varios proyectos, principalmente aquellos basados en tecnología solar, debido a la notable y creciente canibalización del mercado y los consiguientes curtailments.In the context of energy development and the global push for the total decarbonization of the electricity sector, countries like Spain have developed plans with installed capacity targets up to 2030. This initiative promotes the development of new renewable energy plants, such as photovoltaic plants, wind farms, and the integration of storage systems that enable shifting solar production to the peak demand hours when combined cycle plants are the main producers. The first two technologies mentioned are already significantly integrated into the national energy mix, with wind energy emerging as the primary source of production in Spain. However, despite the presence of reservoirs and pumping stations, electrochemical energy storage technology is still in its nascent stage. The project focuses on the optimization of the design of a hybridization plant, through the selection of the optimal site, based on the availability of solar resources, and the choice of equipment that maximizes the efficiency of the photovoltaic plant. A strategic wind farm is also developed, optimizing its production to ensure maximum profitability of the project. To ensure efficient use of the energy generated, a battery storage system is integrated. This project highlights the impending crisis in the Spanish energy sector, where existing and advanced development plants may face income reductions, making investment recovery impossible and potentially leading to the bankruptcy of various projects, primarily those based on solar technology, due to the notable and growing market cannibalization and consequent curtailments.