Grid-forming: el siguiente paso para una red eléctrica dominada por renovables

Grid-forming: el siguiente paso para una red eléctrica dominada por renovables

Durante más de un siglo, las redes eléctricas se construyeron alrededor de una premisa relativamente sencilla: grandes centrales generaban electricidad mediante máquinas rotativas que, además de producir energía, aportaban características físicas fundamentales para mantener estable el sistema.

Las turbinas de centrales de gas, carbón, nuclear o hidroeléctricas están conectadas a generadores síncronos. Sus grandes masas rotatorias aportan inercia física, mientras que sus sistemas de control contribuyen a mantener la frecuencia y la tensión dentro de determinados parámetros.

La expansión de la energía solar y eólica está cambiando esa arquitectura.

Una planta solar no tiene una turbina girando conectada directamente a la red. Una batería tampoco. La electricidad pasa por un inversor, un dispositivo de electrónica de potencia que controla cómo entra y sale la energía del sistema.

Durante años, estos inversores se diseñaron principalmente para una función: seguir una red que ya existe.

Ahora el sistema está empezando a pedirles algo diferente; Que también ayuden a formar la red.

Ahí entra el grid-forming.

De “seguir” la red a ayudar a formarla

La diferencia entre un inversor convencional grid-following y uno grid-forming puede parecer pequeña, pero representa un cambio importante en la forma de operar un sistema eléctrico.

Un inversor grid-following mide la tensión y frecuencia existentes y se sincroniza con ellas. En términos simples, necesita que alguien más establezca primero las condiciones de la red para poder operar correctamente.

El grid-forming, en cambio, está diseñado para comportarse de manera más parecida a una fuente de tensión. Puede establecer una referencia de tensión y frecuencia y responder dinámicamente ante cambios en el sistema.

Una forma sencilla de entenderlo es imaginar una orquesta.

En un sistema tradicional, las grandes centrales síncronas ayudan a marcar el ritmo. Los recursos renovables conectados mediante inversores pueden incorporarse a esa orquesta siguiendo el ritmo existente.

Con grid-forming, algunos de esos recursos pueden asumir también parte de la función de marcar y sostener ese ritmo.

No significa que una batería se convierta físicamente en una central eléctrica convencional. Significa que sus controles electrónicos pueden reproducir determinadas funciones que históricamente proporcionaban las máquinas síncronas.

¿Por qué se vuelve importante ahora?

La pregunta fundamental es: si los inversores grid-following han funcionado durante décadas, ¿por qué necesitamos cambiar?

La respuesta está en la composición del sistema eléctrico.

Cuando una red tiene una gran cantidad de generación síncrona, las máquinas rotativas proporcionan naturalmente inercia y otras características eléctricas que ayudan a absorber perturbaciones.

Pero cuando aumenta la participación de recursos conectados mediante inversores, disminuye la proporción de máquinas síncronas directamente conectadas al sistema.

Esto puede reducir la inercia física disponible y modificar la manera en que la red responde ante perturbaciones.

NREL identifica precisamente estos retos en sistemas con una alta penetración de recursos basados en inversores: estabilidad de frecuencia, estabilidad de tensión, protección, interacciones entre controles y capacidad de grid-forming, entre otros.

Esto no significa que las renovables sean inherentemente inestables.

Significa que la física y los controles de una red dominada por inversores son diferentes a los de una red dominada por máquinas síncronas.

Y requieren nuevas herramientas.

¿Qué significa esto para México?

México tiene una razón particular para seguir de cerca esta tecnología.

El Sistema Eléctrico Nacional enfrenta simultáneamente crecimiento de demanda, incorporación de nueva generación renovable, necesidades de transmisión y distribución y una creciente necesidad de flexibilidad.

Además, México acaba de establecer un nuevo marco regulatorio para los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica.

Esto crea una oportunidad interesante para pensar el almacenamiento no solamente como una herramienta para desplazar energía solar de unas horas a otras, sino también como infraestructura capaz de proporcionar servicios de estabilidad al sistema.

La pregunta para México no debería ser únicamente cuántos MW de baterías se instalarán.

También será relevante preguntarse:

¿Qué capacidades deberán tener esas baterías y cómo serán remuneradas?

Un sistema de almacenamiento con capacidad grid-forming puede tener un valor para el sistema muy diferente al de una batería utilizada exclusivamente para arbitraje energético.

Una nueva forma de entender la red

El grid-forming no es solo una nueva función de los inversores: representa un cambio en la manera de operar un sistema eléctrico con una participación cada vez mayor de recursos basados en electrónica de potencia.

A medida que avanzan las renovables y el almacenamiento, la capacidad de estos recursos para aportar estabilidad, control y resiliencia será cada vez más relevante. La transición energética no solo implica generar electricidad de nuevas formas, sino también aprender a operar la red de una manera diferente.