Propuesta de baterías BESS, planta solar y predicción de la demanda nacional para reducir tarifas eléctricas en usuarios libres del mercado peruano con potencia contratada limitada

Abstract

El presente trabajo de investigación se centra en el análisis técnico y económico de la implementación conjunta de una planta solar fotovoltaica y un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para un cliente libre del mercado eléctrico peruano, ubicado en Arequipa. Este cliente posee un contrato PPA que limita la potencia contratada, generando restricciones operativas para cubrir su demanda máxima. Como alternativa, se plantea una solución basada en energías renovables y almacenamiento energético que permita reducir costos por cargos de potencia y energía, además de mejorar la confiabilidad de su sistema eléctrico. El estudio inicia con un diseño de ingeniería preliminar que estima el dimensionamiento técnico y presupuestal tanto de la planta solar como del BESS, considerando condiciones locales y perfiles de carga. Asimismo, se incorpora un sistema de gestión de energía (EMS) que optimiza la operación de los recursos energéticos distribuidos. Se analizan dos escenarios: el primero, en el periodo It, donde el cliente depende parcialmente de grupos electrógenos por insuficiencia de potencia contratada; y el segundo, posterior al año It, cuando la red de distribución cubre la demanda máxima, eliminando generación térmica adicional. En este segundo escenario, se plantea la estrategia de peak shaving mediante la predicción de la demanda en horas punta, lo que permite optimizar el uso del BESS y reducir cargos por potencia. Para ello, se considera un EMS con capacidad de pronóstico y compatibilidad con el mercado eléctrico peruano. Finalmente, se evalúa la viabilidad financiera a través de indicadores como VAN, TIR, payback y costo nivelado de energía, sustentando la propuesta como alternativa sostenible para clientes libres.

This research focuses on the technical and economic analysis of the joint implementation of a photovoltaic solar plant and a battery energy storage system (BESS) for a free client in the Peruvian electricity market, located in Arequipa. This client holds a PPA contract that limits the contracted capacity, creating operational restrictions to meet its maximum demand. As an alternative, the study proposes a renewable energy solution complemented with energy storage, aiming to reduce costs associated with capacity and energy charges, while improving the reliability of the client’s power system. The study begins with a preliminary engineering design that estimates the technical sizing and budget of both the solar plant and the BESS, considering site-specific conditions and user load profiles. In addition, the integration of an Energy Management System (EMS) is included to optimize the operation of distributed energy resources. Two scenarios are analyzed: the first, during period It, when the client partially depends on diesel generators due to insufficient contracted capacity; and the second, after year It, when the distribution grid fully covers the maximum demand, eliminating the need for additional thermal generation. In this second scenario, a peak shaving strategy is proposed, based on forecasting coincident peak demand, which optimizes the BESS operation and reduces capacity charges. For this purpose, the EMS must include advanced forecasting capabilities and ensure compliance with the regulatory and market dynamics of the Peruvian electricity sector. Finally, the financial viability of the project is assessed through key indicators such as Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR), payback period, and Levelized Cost of Energy (LCOE), supporting the proposed solution as a sustainable alternative for free clients.