En un hito para la integración de energía renovable, General Electric (GE) y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) operaron en materia de energía eólica una clase común de turbinas eólicas en modo de formación de red, que es cuando el generador puede establecer el voltaje y la frecuencia de la red y, si es necesario, operar sin energía de la red eléctrica.
La demostración en NREL utilizando los controles de GE mostró que la popular tecnología de turbina tipo 3 puede proporcionar estabilidad fundamental a la red eléctrica. Dichos controles de formación de red podrían permitir que la turbina compense menos fuentes convencionales de estabilidad en la red, como los generadores de carbón o gas.
Esta demostración de dispositivo real es la primera de varias en el proyecto de la Oficina de Tecnologías de Energía Eólica del Departamento de Energía (DOE), «Wind as a Virtual Synchronous Generator (WindVSG)», que tiene como objetivo investigar controles de inversores de eólica y almacenamiento que imitan electrónicamente la estabilización de los generadores convencionales.
Como parte de WindVSG, NREL ha estado realizando investigaciones que caracterizan los recursos basados en inversores y simulan el funcionamiento del sistema en entornos de red controlados. El laboratorio ahora está validando los principios de formación de redes en dispositivos reales en un entorno de réplica de la red eléctrica.
“Hemos demostrado que una variedad común de turbinas eólicas puede brindar los mismos servicios subyacentes de estabilidad de voltaje y frecuencia que a menudo brindan las plantas de energía de combustibles fósiles”, dijo el ingeniero jefe de NREL, Vahan Gevorgian. «Este es otro ejemplo de cómo los recursos energéticos basados en inversores, como la energía eólica y la solar, pueden desempeñar un papel más amplio en los futuros sistemas de energía».
Energía eólica
Dado que las energías renovables representan una mayor parte del suministro de energía, también deberán asumir una mayor parte de la responsabilidad como administradores de la estabilidad de la red. Esa responsabilidad incluye la capacidad de reiniciar la energía después de un apagón, reestabilizar después de un evento eléctrico transitorio y, en general, «formar» la red como recursos de energía de referencia.
Los grandes generadores síncronos han sustentado tradicionalmente una frecuencia y un voltaje constantes en la red . Ahora, los recursos basados en inversores, como la energía eólica, la solar y las baterías, se están preparando para esa función en múltiples proyectos del DOE, incluido el consorcio Grid-Forming Inverter, que compartirá hallazgos y objetivos de investigación entre la industria y socios comunitarios.
En la demostración de WindVSG, un equipo de GE-NREL desplegó controles para un tren de transmisión de turbina eólica tipo 3 de 2,5 MW para brindar soporte de frecuencia y voltaje primarios y reestabilizar la red circundante ajustando su potencia en respuesta a variaciones eléctricas momentáneas.
Las turbinas de tipo 3 son un caso especialmente complejo para desarrollar controles de formación de red. Estas turbinas utilizan un generador que está directamente conectado a la red, con la producción de electricidad de las turbinas controlada por componentes electrónicos de potencia. Para comprender completamente esta complejidad, NREL desarrolló un modelo completo de la electrodinámica de la turbina, con la ayuda de un conjunto de herramientas personalizado desarrollado por su equipo de investigación.
Turbina de formación de red
NREL encendió la turbina de formación de red utilizando la plataforma de Investigación avanzada sobre sistemas de energía integrados (ARIES), que permite la validación a escala en un entorno de réplica de la red. Un dinamómetro de investigación de 5 MW sirvió como motor principal en el sistema de energía simulado, lo que permitió a los investigadores emular diferentes dinámicas de red y observar el rendimiento de la turbina.
El equipo descubrió que con los controles de formación de la red de GE, la turbina puede aportar potencia de salto de fase e inercia de manera similar a una máquina síncrona, que es una característica clave para agregar estabilidad a la red. Tales capacidades generalmente no están disponibles con controles de seguimiento que existen en la mayoría de los dispositivos de energía no convencionales, como las plantas solares y los sistemas de almacenamiento de baterías, y normalmente producen energía que sigue de cerca la frecuencia y el voltaje de la red del sistema eléctrico más grande.
“En este trabajo hemos encontrado que la turbina formadora de red sirve para la estabilidad subyacente en los casos en que es necesaria: en sistemas con muchos recursos basados en inversores y pocas formas convencionales de estabilidad”, dijo Gevorgian. “La plataforma ARIES hace posible esta investigación: podemos ajustar las condiciones que experimentarán estas turbinas en un sistema vivo, pero dentro de la seguridad de un entorno controlado”.
Gran paso adelante para los recursos renovables
Si bien es un gran paso adelante para los recursos renovables que forman redes, esta demostración también indica nuevas direcciones para la investigación. Dentro del proyecto WindVSG, el equipo continuará estudiando cómo la turbina que forma la red interactúa con otros dispositivos en el sistema de energía y si el modo de formación de la red genera una mayor tensión mecánica en la turbina. Otras demostraciones también validarán la turbina de formación de red cuando se desconecte de la red eléctrica.
Para las flotas de turbinas eólicas y otros recursos como la energía solar fotovoltaica y el almacenamiento de baterías, los controles de formación de redes podrían abrir una nueva oportunidad de mercado en forma de servicios de red; es decir, la estabilidad de la red como otro flujo de valor para los recursos renovables. Con esta demostración, usando la solución de GE, NREL ha validado un enfoque más para que los activos renovables brinden estabilidad avanzada. Y con la plataforma ARIES, NREL puede ayudar a los socios a demostrar esa estabilidad de fuentes renovables en sus propios sistemas.
Fuente: Ramón Roca / El Periódico de la Energía
Artículo de referencia: https://elperiodicodelaenergia.com/la-eolica-obra-el-milagro-y-ya-es-capaz-de-dar-estabilidad-a-la-red-como-otras-tecnologias-sincronas/
