Autor: Oscar Alonso, doctor en Electrónica de Potencia y socio fundador de la consultora SiG, así como responsable de su delegación australiana.
Desde su experiencia en la delegación australiana de SiG, el autor analiza la importancia de la tecnología Grid Forming en redes débiles y su papel clave en la hibridación con sistemas de almacenamiento.
Una de las últimas demandas hacia los fabricantes del sector de la generación renovable eólica o fotovoltaica son los sistemas basados en convertidores electrónicos de potencia operando en modo “grid forming” (GFor), en detrimento del modo actual denominado “grid following” (GFoll). Estos últimos se sincronizan con la red, “siguiéndola”, para “bombear” sobre ella la energía producida. Mientras que los primeros se comportan como fuentes de tensión “creando” la red y por lo tanto operando de una forma mucho más rígida, y potencialmente similar a como lo hace la generación convencional basada en grandes generadores eléctricos síncronos. Hasta la fecha, los sistemas GFoll han sido una solución robusta, y mejorada en la última década muy notablemente, utilizada por casi todos los fabricantes de electrónica de potencia destinada a generación fotovoltaica o eólica.
En los últimos años, los operadores eléctricos de algunos países con importantes niveles de generación renovable han detectado una tendencia de deterioro de la fortaleza de la red y de su respuesta inercial. Evidentemente, la gravedad potencial de estos efectos depende notablemente de varias características de la red tales como el nivel de generación síncrona convencional, si es red de transporte o de distribución, grado de distribución territorial de la generación y el consumo en las redes, etc. En general, Europa posee una red fuerte y muy interconectada, donde todavía hay mucha generación convencional síncrona, por lo que estos efectos de pérdida de fortaleza o inercia todavía no parecen relevantes pese a la gran generación renovable existente. Sin embargo, en países como EEUU o Australia, con redes muy extensas y poco malladas, se empieza a considerar una problemática que debe atenderse con claridad en los años próximos. A este respecto, para conocer más detalles basta con visitar los sitios web de NERC (EEUU) o de AEMO (Australia) donde hay numerosas publicaciones al respecto.
Mucha generación renovable, por las características dispersas de su fuente primaria, se conecta en redes de distribución. En ocasiones bastante alejada de fuertes redes de transporte. Esta realidad ha sido posible gracias a las tecnologías GFoll, que han acercado en muchas ocasiones la generación eléctrica a consumidores lejanos, beneficiando durante gran parte del día la calidad de la red en términos de estabilidad de la tensión debido a los controles de tensiones distribuidos así como mejorando también la eficiencia de la red al reducir las pérdidas de transporte en algunas líneas. Además, en caso de faltas de cortocircuito cercanos, estos generadores contribuyen localmente inyectando una corriente reactiva que ayuda en la rápida detección y despeje de faltas. Sin embargo, esta corriente inyectada es limitada y en muchas ocasiones similar a la corriente nominal del parque de generación. Esto es principalmente debido a que el hardware de los sistemas electrónicos de potencia normalmente no ofrece claras posibilidades de sobrecarga (salvo sobredimensionando), como sí sucede con los generadores síncronos convencionales.
¿Puede mejorar esto con la llegada de generación “grid forming”?No especialmente, ya que el hardware utilizado por ambas opciones puede llegar a ser el mismo, ofreciendo por tanto similares niveles de corriente de cortocircuito, aunque con una dinámica quizá más rápida. Y si se introducen técnicas de sobrecarga, éstas estarán disponibles para cualquier tecnología sea GFoll o GFor. La mejora de respuesta inercial también es cuestionable debido a que esto se logra mediante “algoritmos” que crean lo que se denomina inercia sintética, y que necesita una capacidad de absorber o generar potencia de forma muy rápida. Muchos generadores renovables pueden ofrecer esta posibilidad sea con GFoll o GFor, sin embargo, no todos y no en todas las circunstancias, ya que depende también de las características del generador primario, sea fotovoltaico o eólico.
Por lo tanto, ¿dónde y cómo puede beneficiar el GFor de una forma decididamente clara?En los sistemas de gestión de almacenamiento energético eléctrico, un complemento necesario a la generación renovable actual y cuya presencia en las redes aumenta paulatinamente en algunos países. Es decir, el nuevo paradigma renovable requiere de sistemas de almacenamiento, preferentemente distribuidos, para ofrecer una solución final, completa y equilibrada de generación eléctrica. Estos sistemas de almacenamiento pueden generar o absorber potencia dependiendo de muy distintos criterios con el fin de equilibrar los flujos de potencia en las redes. Muchos de estos sistemas de almacenamiento, especialmente los basados en almacenamiento electroquímico, utilizan electrónica de potencia para la conversión energética. En estos sistemas se puede utilizar hardware con las características adecuadas a un óptimo servicio de inercia sintética e inyección de corriente en caso de cortocircuitos. Evidentemente, si esta operación se realiza utilizando el enfoque GFor mejorará la respuesta respecto a los sistemas GFoll, y se podrán emplazar en lugares de red muy débil (donde en ocasiones los GFoll incluso no pueden funcionar). Además, una funcionalidad natural del GFor es la de creación de la red eléctrica en casos de blackouts para restablecimiento de la misma, donde es necesaria energía almacenada y disponible en todo momento. En resumen, la tecnología GFor ofrece nuevas y beneficiosas posibilidades principalmente para los sistemas de almacenamiento eléctrico, complemento indispensable de futuro de los sistemas de generación directa fotovoltaica o eólica. Sin embargo, no se consideran con tanta relevancia para estos sistemas de generación, donde la tecnología actual GFoll puede continuar por largo tiempo, especialmente si se complementa con los citados sistemas de almacenamiento.