La penetración, cada vez mayor, de grandes cantidades de energía renovable en las redes de transporte y distribución durante las últimas décadas ha hecho crecer la preocupación de los operadores de sistemas de transporte (TSO, por sus siglas en inglés) y de distribución (DSO, por sus siglas en inglés), por garantizar un suministro fiable y continuo a la red.
Esta preocupación afecta a los siguientes aspectos:
- Continuidad: la incertidumbre derivada de la impredecible capacidad de las renovables puede afectar la estabilidad de la red y, por tanto, la continuidad del suministro
- Calidad del suministro: la introducción de una tecnología nueva y la conexión a redes con menor capacidad de cortocircuito puede incrementar los armónicos, las fluctuaciones de tensión y las resonancias. La capacidad de energía reactiva es también crítica para garantizar niveles de tensión aceptables
- Suministro fiable y seguro: la desconexión de grandes cantidades de recursos renovables puede afectar a la estabilidad global de la red. Es necesaria una reserva giratoria para garantizar un funcionamiento seguro
Los códigos de red se centraban tradicionalmente en el control estático de la energía reactiva y el factor de potencia y en requisitos dinámicos, como la capacidad de respuesta a la baja tensión (LVRT). Los códigos están evolucionando hacia requisitos más exigentes, como control dinámico de energía reactiva, tensión y frecuencia en el punto de conexión y calidad de la electricidad, con control total de la instalación. Los cambios principales desde el punto de vista del TSO se resumen en la Tabla 1.
Redes con poco potencial de crecimiento del consumo
Norteamérica y Europa han experimentado una progresiva penetración de energías renovables durante los dos últimos decenios. Las preocupaciones ambientales y las medidas políticas, junto con la tecnología disponible, son los impulsores principales del cambio. Las redes de transporte de electricidad están bien interconectadas, son sólidas y están dimensionadas con bastante margen de energía reactiva y reserva giratoria para estar correctamente equilibradas. Además, hay reglas operativas y de mercado bien conocidas.
Para seguir el ritmo, los objetivos ambiciosos para 2020 y 2050 de estas redes se enfrentan a tres dificultades principales:
- Reforzar/adaptar las redes eléctricas existentes para asignar más recursos renovables
- Integrar y controlar la generación de renovables en la red de distribución
- Enfrentarse con los nuevos requisitos esperados por parte de los TSO/DSO para el control de la tensión y la regulación de la frecuencia
Estados Unidos
La instalación de energías renovables, especialmente eólica, en Estados Unidos, ha exigido frecuentemente el refuerzo de la infraestructura de transporte. Un ejemplo es el sistema de transporte en la Texas Interconnection con el Electric Reliability Council of Texas, como operador del sistema.
En 2005, la Asamblea Legislativa de Texas determinó que la Public Utility Commission de este estado designara Zonas de Energías Renovables Competitivas (CREZ, por sus siglas en inglés) y estableciera mejoras concretas en el transporte que permitieran conexiones desde las CREZ a los centros de carga centrados en la aglomeración urbana de Dallas/Fort Worth, Austin y San Antonio.
Este refuerzo incluía más de 3 mil 700 km de nuevas líneas de transporte de 345 kV que soportaran 11 mil 500 MW más de capacidad de generación eólica en la zona occidental del estado.
Una evaluación inicial de la energía reactiva, en 2009, estableció al principio casi 4 mil MVAr de reactancias shunt, unos 960 MVAr de condensadores shunt y 1 mil 400 MVAr de compensadores estáticos de var (SVC por sus siglas en ingles).
En relación con los códigos de red, hay algunas disposiciones especiales para promotores de renovables que cumplan con la Federal Energy Regulatory Commission Order 661-A para LVRT y requisitos de capacidad reactiva, además de las normas generales aplicables a toda la generación eléctrica.
España
España ha sido líder en integración de energías renovables durante los últimos 15 años. Se está discutiendo un nuevo borrador para el código de red local en el que, además de los requisitos clásicos, se está teniendo en cuenta la regulación de frecuencia y el control de tensión.
Un reto actual es brindar flexibilidad a las redes existentes para maximizar el uso de la capacidad de renovables instalada (23 GW frente a una carga pico de 40 GW). Se están estudiando soluciones flexibles de transporte de CA, almacenamiento de energía y aumento de la capacidad de interconexión con HVDC.
Alemania
En Alemania hay más de 1 millón de pequeños generadores ya conectados a la red de distribución. Turbinas eólicas y generadores fotovoltaicos representan una capacidad instalada arriba de 76 GW, relacionada con una carga pico de alrededor de 80 GW. Inicialmente, los generadores de tamaño pequeño no precisaban estar equipados con tecnología de comunicaciones ni acceso a distancia.
Actualmente, la situación es la contraria. Si hay problemas de calidad eléctrica, el operador de red está habilitado para reducir su incorporación. En general, los generadores que fluctúan crean dificultades para mantener la tensión dentro de la banda definida y la carga térmica de recursos supone también una dificultad.
En Alemania, las disposiciones emitidas por la Bundesver-band der Energie- und Wasserwirtschaft y la Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. abarcan códigos de red para generadores y almacenamiento en el sistema de distribución. Asimismo, se espera que los códigos de red ENTSO-E, como “Requisitos para generadores”, entren en vigor pronto en Europa.
Reino Unido
Aparte de los paneles solares instalados en los tejados de los hogares, el resto de las renovables incorporadas es lo suficientemente grande para seguir el código de red, que tanto la Red Nacional como los usuarios de su sistema de transporte están obligados a cumplir. La red eléctrica del Reino Unido (especialmente su parte meridional) dispone de una de las mayores densidades de energía eléctrica del mundo, lo que produce muchas dificultades para el diseño de redes de centrales eléctricas y la consecución de objetivos de los códigos de red. Altos niveles de cortocircuito, necesidad de transformadores eléctricos de alta impedancia, problemas de estabilidad de la tensión y la calidad eléctrica y solución rápida de averías son algunos de los retos presentes.
Redes con gran potencial de crecimiento del consumo eléctrico
En Sudamérica, Medio Oriente y Asia, las redes siguen desarrollándose, al tiempo que se está produciendo una gran integración de renovables, impulsada por la tecnología disponible, precios más accesibles de la electricidad e inversores que incorporan experiencias logradas de otros países. Las dificultades de la integración son:
- Problemas de estabilidad motivados por márgenes limitados de energía reactiva
- Falta de interconexión con países limítrofes y reservas giratorias limitadas
- Bajos niveles de calidad de la energía a causa de bajos valores de cortocircuito
Brasil
Las cifras para la generación de electricidad solar y eólica en 2013 fueron de 5 y 28 por ciento, respectivamente. La rápida integración de renovables está haciendo surgir nuevos retos de funcionamiento. El código de red ISO brasileño ha hecho seguimiento de campañas de mediciones y ha participado en grupos de trabajo dedicados a compartir y desarrollar metodologías que definan el código de red con vistas a la optimización del filtrado.
Jordania
Jordania se enfrenta a un gran desafío. Importa más de 97 por ciento de su energía, lo que se traduce en facturas elevadas. Esta situación pone de relieve la necesidad de emplear fuentes alternativas. El país trata de aumentar su dependencia de recursos de energía local y renovable hasta 13 por ciento, para 2016, y 39 por ciento, en 2020.
Conexión de códigos
Mantenerse al día resulta oneroso para los recursos de muchos proveedores de redes eléctricas. Hay que dedicar tiempo a interpretar los códigos nuevos, y después extrapolar la forma en que éstos pueden afectar la situación y lo que puede ser preciso cambiar para cumplirlos.
El desarrollo de los códigos de red es necesario para cambiar y hacer evolucionar el suministro de las redes. Pero en vez de que esos cambios sean una carga pesada, se puede considerar una oportunidad para la evolución de la red.
Artículo escrito por: Inés Romero, ABB Power Consulting, Madrid, España; John Daniel, ABB Power Consulting, Raleigh, NC, Estados Unidos; Diogo Pereira, ABB Power Consulting, Guarulhos, Brasil; Fahd Hashiesh, ABB Power Consulting, Stone, Reino Unido; Nihar Raj, ABB Power Consulting, Vadodara India; y Britta Buchholz, ABB Power Consulting, Mannheim, Alemania.
