por Anke Baars
La energía renovable puede cubrir una demanda creciente de energía. Sin embargo, ¿también puede garantizar la estabilidad del sistema cuando las plantas de energía convencionales están siendo cada vez más desactivadas? Los grandes sistemas de almacenamiento de baterías con inversores formadores de red desempeñan un papel crucial aquí. Lo que antes era realizado por la masa inercial de los generadores del sistema en plantas de energía convencionales, ahora es gestionado por la electrónica de potencia de los inversores en el suministro de energía cada vez más renovable. Descubra cómo estas tecnologías contribuyen a la estabilización de la red eléctrica y cómo se puede lograr la transición a un suministro de energía 100% renovable.
Las plantas de energía generan energía y también proporcionan capacidad de formación de red. En plantas de energía convencionales, máquinas síncronas con masas inerciales rotativas aseguran la estabilidad de la red reaccionando a perturbaciones. Esta inercia garantiza la operación de la red y mantiene la frecuencia de la red estable. Cuando estas plantas de energía son desactivadas, el almacenamiento de batería con inversores formadores de red (GFM) puede proporcionar estas importantes funciones de estabilización.
Otra función importante para una operación de red confiable es también la restauración de la red. La función de arranque en negro permite que inversores formadores de red con sistemas de almacenamiento de energía de batería se inicien por sí mismos y sirvan como una unidad de arranque para la restauración de la red de servicios públicos tras eventos extremos raros. La electrónica de potencia asume las tareas de los generadores síncronos.
La importancia de los inversores formadores de red
A diferencia de las plantas de energía convencionales controladas centralmente, los inversores no tienen masas rotativas, pero las funciones de estabilización de la red están programadas mediante algoritmos de control. La electrónica de potencia del inversor, por tanto, desempeña un papel decisivo aquí.
El hardware puede parecer el mismo o similar, mientras que el software permite diferentes funcionalidades más allá de las funciones normales del sistema, dependiendo de las necesidades y requisitos. Una batería puede entonces ser utilizada como almacenamiento de energía para cambiar la energía almacenada del mediodía a la noche. Pero también está lista en cualquier momento para absorber picos de energía para mantener la frecuencia estable. Las estaciones de energía de almacenamiento de batería a gran escala en los rangos de alta y extra alta tensión ya están proporcionando servicios de estabilidad.
Las plantas de almacenamiento de energía por batería abordan los dos principales desafíos de la transformación del sistema energético: estabilización de la red y alivio de la presión en la red eléctrica.
En este video, aprenderá cómo funciona la formación de red:
Pionero de estabilidad NOA | ESO (nacionalgrideso.com)
Zenobē abre una batería pionera de 300 MW en Blackhillock – Zenobē (zenobe.com)
En la UE están surgiendo mercados comparables basados en nuevos “servicios de red no basados en frecuencia”, que actualmente se implementan a nivel nacional. En Alemania, se espera que el diseño del mercado se adopte este año, en 2024, lo que lo convertirá en el primer mercado de Europa continental por inercia (consulte el recuadro de información “Hoja de ruta para la estabilidad del sistema”).
Hay otros mercados con redes de servicios públicos débiles a nivel local, por ejemplo en Australia. Allí también se realizan licitaciones de inercia, pero generalmente están limitadas a regiones. Si una zona es especialmente adecuada debido a sus condiciones locales para construir sistemas de generación regenerativa, pero las capacidades de transmisión son insuficientes, los inversores formadores de red con sistema de almacenamiento de energía en baterías pueden realizar una doble función: mantienen el voltaje estable y al mismo tiempo mueven la energía de manera flexible. a las horas de la tarde o de la noche, por ejemplo.
Este será cada vez más el caso en Europa cuando las redes de servicios públicos estén sometidas a una gran carga pero la expansión de la red no pueda seguir el ritmo. Los desarrolladores de proyectos se enfrentan al reto de, por un lado, aprovechar al máximo las superficies y, por otro, aliviar la tensión en la red. Lo que importa ahora es desarrollar incentivos de inversión y modelos de negocio adecuados.
Nuevas oportunidades de financiación de proyectos
Se presentan nuevas oportunidades de negocio y de ingresos para los promotores de proyectos: el servicio de estabilidad es necesario a largo plazo y, por tanto, se remunera mediante contratos a largo plazo. Complementado con los ingresos procedentes del comercio de energía, surge un nuevo modelo de financiación que ofrece una mayor seguridad en la planificación. Ser capaz de planificar mejor puede dar como resultado mayores inversiones en almacenamiento de baterías a gran escala, acelerando así la reestructuración del suministro de energía y reduciendo los costos generales de la flexibilidad requerida en el sistema eléctrico.
El siguiente nivel de la transición energética
En las grandes centrales eléctricas con baterías se pueden diseñar funciones individuales de forma flexible en términos de temporización mediante inversores formadores de red. Entonces se podrá evaluar si conviene dar más importancia a las funciones de intercambio de energía o de estabilización. Los operadores de estas centrales eléctricas con almacenamiento de baterías pueden beneficiarse de tres opciones diferentes:
Transición energética: ofrece seguridad a la inversión
Licitaciones de servicios de estabilidad: seguridad de las inversiones mediante contratos a largo plazo
Restauración de la red como servicio de red > hacer que las conexiones de red existentes sean utilizables, fortalecer las redes de servicios públicos a nivel local y contrarrestar el retraso en la expansión de la red
Ventajas para los participantes del mercado:
Estabilidad de la red a bajo costo.
Energía rentable y respetuosa con el clima en el mercado
Hoy en día, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías con inversores formadores de red ya son capaces de compensar déficits de generación a corto plazo y proporcionar servicios de red como potencia reactiva, niveles de cortocircuito, capacidad de aislamiento y arranque en negro, así como inercia. El proyecto de demostración de la empresa de servicios públicos Versorgungsbetriebe Bordesholm y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Colonia demostró que los sistemas de almacenamiento de energía en baterías con inversores formadores de red son capaces de realizar tareas de estabilización de la red.
Proyecto de demostración de Bordesholm: posible suministro de energía 100 % renovable.
A finales de 2019, los socios del proyecto simularon un corte de energía a gran escala. Desconectaron todos los hogares, empresas e instituciones de Bordesholm de la red eléctrica europea durante una hora y al mismo tiempo activaron una red de respaldo de baterías. Esta red autónoma proporcionó a hogares y empresas conectadas energía 100% renovable durante este período. Por tanto, el experimento pasó desapercibido para la mayoría de los 8.000 hogares.
“Con este proyecto piloto pudimos demostrar que es posible operar una red de servicios completa con energía renovable y una batería para respaldar la red de servicios. La red autónoma de Bordesholm es una prueba de que regiones enteras pueden abastecerse de energía renovable”.
Profe. Dr. Eberhard Waffenschmidt de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Colonia
Hemos documentado este proyecto piloto para usted en un vídeo.
Alemania marca pautas con la “Hoja de ruta para la estabilidad del sistema”
La “Hoja de ruta para la estabilidad del sistema” [BMWK] fue presentada por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Protección del Clima y aprobada por el Gobierno federal alemán en diciembre de 2023. Forma parte del acuerdo de coalición y contiene una hoja de ruta para lograr un sistema operativo seguro y robusto. con energía 100 por ciento renovable, así como los procesos y funcionalidades necesarias para ello. La hoja de ruta fue desarrollada con la participación de la industria y la Agencia Federal de Redes y constituye un componente central para la transformación del sistema eléctrico como parte de la transición energética.
La hoja de ruta estipula qué medidas deben implementarse de aquí a 2030 y quién es responsable de ellas.
Principales hitos de la Hoja de Ruta de Estabilidad del Sistema. Fuente: Hoja de ruta para la estabilidad del sistema, figura 1.2, página 8.
Principales hitos:
Finales de septiembre de 2023: Inicio de las consultas para la adquisición en el mercado de la potencia reactiva necesaria para la estabilización de tensión.
Principios de 2024: Licitaciones de los cuatro operadores de sistemas de transmisión (OST) para la adquisición de energía reactiva.
Planificado para 2025: Introducción de compras por inercia basadas en el mercado.
Conclusión y perspectivas
La creciente digitalización y automatización de la gestión energética permite más espacio para seguir mejorando las opciones para estabilizar la red de servicios públicos. Ejemplos prácticos como el proyecto de Bordesholm muestran que hoy en día ya es posible abastecer de forma fiable a regiones enteras con energía renovable y almacenamiento en baterías.
Con el programa “Stability Pathfinder”, Gran Bretaña busca energías renovables y una mayor independencia energética y está creando los incentivos económicos adecuados.
Estos proyectos ya están proporcionando descubrimientos valiosos y sirviendo como modelo para la transformación del sistema energético. Lo demuestran: los sistemas de almacenamiento de energía por batería con inversores formadores de red marcan el camino hacia la estabilidad del sistema y un suministro fiable de electricidad con energía 100 por ciento renovable.
Lo que se necesita ahora es una cooperación estrecha y un intercambio abierto entre los responsables políticos, los operadores de redes, las empresas de servicios eléctricos y los participantes relevantes de la industria. En términos de transición energética, es importante acelerar aún más el progreso tecnológico, resolver desafíos técnicos y eliminar obstáculos legales y regulatorios.
Con la solución SMA Large Scale Grid Forming, SMA ofrece una solución orientada al futuro para los propietarios de centrales eléctricas. El sistema, entre otras cosas, estabiliza la frecuencia de la red y mantiene inmediatamente disponibles reservas de energía a corto plazo y listas para este fin. Esto significa que la central eléctrica interactúa con la red eléctrica como una sola unidad. La solución de SMA no solo convierte la corriente continua en corriente alterna y viceversa, sino también la formación de redes para compensar, por ejemplo, caídas breves de tensión o frecuencia. Pueden proporcionar la inercia del sistema de almacenamiento de energía de la batería para mantener estable la red eléctrica durante las fluctuaciones de frecuencia.
Esta moderna tecnología ya se utiliza en sistemas de almacenamiento a gran escala. SMA apoya a sus socios en todo el mundo en los primeros proyectos de estabilización de redes a gran escala y mantiene un diálogo directo con los operadores de redes de transmisión en estos países.
La tecnología de formación de redes como parte esencial de la transición energética.
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