El camino de la transformación del sector energético

En la senda de transformación del sector energético, el Ingeniero Eléctrico de Incite Energy, Matías Valdés, comenta algunos de los retos que se plantean en la Estabilidad de los Sistemas Eléctricos.

Históricamente, la energía eléctrica se ha generado principalmente mediante grandes turbinas que giran tras quemar distintos tipos de combustibles. Esta velocidad de rotación está sincronizada y determina la frecuencia del sistema eléctrico. Si la carga aumenta demasiado rápido, las turbinas empezarán a girar más despacio hasta que se inyecte más energía y, a la inversa, si la carga disminuye bruscamente, la energía inyectada tendrá que disminuir rápidamente para evitar que se aceleren de forma desincronizada. Esta capacidad de mantener la estabilidad de la frecuencia procede naturalmente del generador síncrono y se conoce como inercia.

Estos cuerpos masivos en rotación son también los que conforman la forma de onda de la tensión de la red. Como estos generadores síncronos están acoplados electromagnéticamente al sistema eléctrico, pueden ayudar automáticamente a estabilizar las tensiones y resisten intrínsecamente las perturbaciones de tensión. Esta misma forma de onda es utilizada por las tecnologías basadas en inversores (eólica, solar fotovoltaica y BESS), para sincronizar virtualmente su funcionamiento con la red. Cuanto mayor sea la presencia de la primera, más «fuerte» será la onda de tensión, y cuanto mayor sea la presencia de la segunda, más «débil» será. Esta capacidad de mantener la estabilidad de la tensión varía en función de la ubicación dentro de la red y se conoce como fuerza del sistema.

A medida que el mix de generación se desplaza hacia un mix más basado en inversores, la capacidad del sistema eléctrico para soportar la energía variable de las renovables se ve comprometida, ya que tanto la inercia como la resistencia del sistema la proporcionan las máquinas síncronas. Sin embargo, hay formas de combatir estas amenazas, como los convertidores formadores de red, los nuevos esquemas de funcionamiento o los condensadores síncronos, por citar algunas. La batería ESCRI de Dalrymple proporciona fuerza al sistema en Sudáfrica, mientras que la nueva batería de formación de red de Wallgrove, en Nueva Gales del Sur, aportará inercia sintética y fuerza al sistema NEM.

En el ámbito de la distribución, estas amenazas pueden resultar especialmente difíciles cuando hay una elevada proporción de tecnologías basadas en la inversión en un punto incontrolable y normalmente no observado desde la perspectiva de un operador del sistema, como cuando hay muchos recursos energéticos distribuidos (DER): ¡en Australia más de 1/3 de las casas tienen hoy energía solar!

Aquí es donde los contadores inteligentes desempeñan un papel clave en la captura periódica de los parámetros de los DER. Todos estos datos pueden utilizarse posteriormente para construir modelos que determinen las reservas dinámicas de funcionamiento, pueden integrarse en la respuesta a la demanda (como BESY) o incluso incluirse en carteras de centrales eléctricas virtuales, proporcionando servicios de apoyo a la frecuencia y, por último, mejorando la estabilidad del sistema de distribución.

Se están estudiando muchas otras medidas, algunas de las cuales desempeñarán un papel crucial para garantizar el funcionamiento seguro y resistente de los sistemas eléctricos con bajas emisiones de carbono.

Fuente de la imagen: WIREs Energy Environ 2013, 2: 140-157 doi: 10.1002/wene.70