Sustainable microgrids with energy storage as a means to increase power resilience in critical facilities: An application to a hospital

Abstract

[EN] This manuscript proposes to study different cases that require the use of renewable energies in addition to diesel generators and energy storage systems with the aim of increasing the resilience of a microgrid feeding critical facilities. The aim of the work here presented is to quantify the benefits provided by an improvement of the energy resilience that could be achieved by installing a microgrid in a hospital fed by renewable energy sources. The microgrid will use a scheme based on solar PV in addition to diesel generators and an energy storage system based on electrochemical batteries. First, it has been evaluated how the implant of the microgrid increases the resilience of the power supply when a power failure occurs, considering that the main application in a hospital, even in the event of breakdowns, is to ensure the continuity of the surgical procedures and safely store drug stocks. Thus, these have been defined as the critical loads of the system. The components sizes have been optimized by considering both economic profitability but also the resilience capacity, observing that, by installing solar photovoltaic modules, Li-ion batteries and diesel generators, according to simulations performed in REopt® software, the microgrid could save approximately $ 440,191 on average over a 20-year life cycle of the facility (both considering the mitigation of energy provide by the power grid and the avoided losses during probable power services interruptions), while increasing the minimum resilience of the installation more than 34 h.

[ES] Este manuscrito propone estudiar diferentes casos que requieren el uso de energías renovables además de generadores diésel y sistemas de almacenamiento de energía con el objetivo de aumentar la resiliencia de una microrred que alimenta instalaciones críticas. El objetivo del trabajo aquí presentado es cuantificar los beneficios proporcionados por una mejora de la resiliencia energética que se podría lograr mediante la instalación de una microrred en un hospital alimentado por fuentes de energía renovables. La microrred utilizará un esquema basado en energía solar fotovoltaica además de generadores diésel y un sistema de almacenamiento de energía basado en baterías electroquímicas. En primer lugar, se ha evaluado cómo el implante de la microrred aumenta la resiliencia del suministro eléctrico cuando se produce un fallo eléctrico, considerando que la principal aplicación en un hospital, incluso en caso de averías, es asegurar la continuidad de los procedimientos quirúrgicos. y almacenar de forma segura las existencias de medicamentos. Por tanto, éstas han sido definidas como las cargas críticas del sistema. Los tamaños de los componentes se han optimizado considerando tanto la rentabilidad económica como la capacidad de resiliencia, observándose que, mediante la instalación de módulos solares fotovoltaicos, baterías de Li-ion y generadores diésel, según simulaciones realizadas en el software REopt®, la microrred podría ahorrar aproximadamente $ 440.191. en promedio durante un ciclo de vida de 20 años de la instalación (considerando tanto la mitigación del suministro de energía por la red eléctrica como las pérdidas evitadas durante probables interrupciones del servicio eléctrico), al tiempo que se aumenta la resiliencia mínima de la instalación a más de 34 h.