Preparación para el futuro del código de red

MERCADO EN TRANSFORMACIÓN

No cabe duda de que la energía solar, la eólica y la descentralizada están creciendo en todo el mundo. Por ejemplo, la U.S Energy Information Administration (EIA) prevé que la energía eólica y la solar sean las fuentes de energía de más rápido crecimiento del país en los próximos dos años, aunque las previsiones de crecimiento a más largo plazo son más modestas. La EIA espera que la energía solar a escala de servicios públicos aumente un 10 % en 2019 y un 17 % en 2020. A su vez, se prevé que la energía eólica crezca entre un 12 % y 14 % en esos años. En los próximos años, la EIA estima que las energías renovables sustituirán al carbón como fuente de generación.1

Mientras tanto, en la Directiva de Energía Renovable original de la Unión Europea (2009/28/CE), se estableció un objetivo vinculante de que el 20 % del consumo de energía final provenga de fuentes renovables para el 2020 y, en una nueva directiva, se propuso el objetivo de alcanzar, al menos, el 32 % para el 2030. Otro factor de gran influencia en la red será el paso del parque automovilístico a la electricidad. En la World Energy Outlook 2018 , se mostró una situación en que la mitad del parque automovilístico pasará a ser eléctrico para el 2040. Esto resultará en una mayor diversificación de la producción de energía y la distribución del consumo en la red.

Al mismo tiempo, en algunas regiones se aprecia un crecimiento sustancial de la producción de energía distribuida eficiente y económica a pequeña escala para sustituir o evitar la construcción de centrales eléctricas. En el pasado, cuando las energías renovables y la energía distribuida representaban una pequeña fracción del mercado eléctrico, la presencia de grandes centrales eléctricas era suficiente para mantener la estabilidad de la red y el flujo de energía. Los sistemas de energía renovable y distribuida solo debían desconectarse en caso de que la red se averiase.

Ahora que estas fuentes son más frecuentes, si se desconectaran debido a una falla de la red, podrían provocar un apagón del sistema. Por ejemplo, en junio del 2019, casi toda Argentina y gran parte de Paraguay y Uruguay se quedaron sin energía cuando las fuentes de generación se desconectaron y afectaron a unas 48 millones de personas. En otra ocasión, en noviembre del 2006, el suministro eléctrico se cortó en Alemania, Francia, Bélgica, España, Portugal, Croacia e Italia y afectó a decenas de millones de personas, lo que llevó a la Unión Europea a buscar medidas para estabilizar el suministro eléctrico.

Los códigos de red están diseñados para evitar estas situaciones dolorosas, así como otras interrupciones del suministro eléctrico. En los códigos se especifican los servicios del sistema que deben prestar los generadores de energía conectados a la red. Estos últimos deben suministrar energía, más allá de su fuente o tamaño, para garantizar una red estable. Esta normativa no se aplica a las aplicaciones en modalidad de isla o de potencia de respaldo.

VARIACIÓN DESAFIANTE

Los requisitos del código de red suelen abarcar áreas que incluyen lo siguiente:

• potencia activa y frecuencia
• potencia reactiva y voltaje
• calidad de la potencia
• equipos de protección
• soporte de red dinámica
• medición de NS de control de planta
• simulación
• condiciones de conexión y reconexión
• requisitos especiales

Estos se aplican no solo al generador, sino a todo el grupo electrógeno y los auxiliares, y la instalación eléctrica en su conjunto.

El soporte dinámico de red incluye la capacidad de la fuente de potencia para soportar caídas o subidas repentinas de voltaje, denominada resistencia a una falla sin sufrir averías (FRT, Fault Ride-Through). Los grupos electrógenos deben tener la capacidad de superar las fallas de la red y, al mismo tiempo, sustentar a la red con potencia reactiva a fin de mantener el voltaje.

Los códigos de red no son un concepto nuevo, pero se están desarrollando y ampliando en respuesta al crecimiento de las energías renovables y otros riesgos para la estabilidad de la red. Lo ideal sería que los códigos de red fueran uniformes en todas las fronteras para que, por ejemplo, un código de red pudiera cubrir toda la Unión Europea (UE). En el 2016, la regulación de la Comisión Europea (UE) 2016/631, conocida como NCRfG, creó un marco sobre el que los estados miembros deberán definir sus requisitos antes de mayo del 2018. En la práctica, sin embargo, aunque las redes de los países estén interconectadas, las redes nacionales tienen diferentes combinaciones de fuentes de energía, topologías de red y otros desafíos únicos que imponen diferentes requisitos.

Además, algunos estados miembro no han definido con claridad sus normas nacionales dentro del plazo establecido. Por lo tanto, los desarrolladores de generación distribuida suelen verse obligados a diseñar proyectos para cumplir con disposiciones del código de red que aún no se han establecido por completo. Además, más allá de los códigos de red, las empresas de electricidad de servicios públicos y los DSO (Distribution system operators, operadores de sistemas de distribución) tienen sus propios requisitos de interconexión que deben cumplir los generadores distribuidos. De esta forma, se garantiza que se haga referencia a las condiciones especiales en las redes respectivas.

Para complicar el asunto, en algunos códigos de red solo se tienen en cuenta algunas de las limitaciones basadas en la tecnología. Por ejemplo, en la norma IEEE 1547, que regula la interconexión de los recursos distribuidos con la red, no se diferencian las cualidades de los generadores síncronos y asíncronos. También está la cuestión de las barreras lingüísticas: para comprender por completo el código de red de un país, los desarrolladores necesitan una traducción oficial en su lengua materna.

Más fundamentalmente, los diseñadores se topan con preguntas sobre qué requisitos de equipo se aplicarán para la puesta en marcha y cómo certificarán el cumplimiento normativo de los equipos y las instalaciones. En ambos frentes, un fabricante de grupos electrógenos establecido puede ser un recurso esencial.

MATERIAL DE EQUIPAMIENTO

Los grupos electrógenos certificados o declarados conforme al código de red salen de fábrica una vez que se prueban por completo y están listos para su instalación. A menudo, vienen con generadores sobredimensionados para poder funcionar mejor. Además, es posible que se requiera ingeniería a nivel de sistema.

Asimismo, se incorporan mejoras del sistema de control, incluso módulos de hardware y software que interactúan con la planta generadora y la red de servicio público. De esta forma, se garantiza que el motor del grupo electrógeno funciona de acuerdo con el código de red aplicable. Los controles del código de red se diseñan con gran flexibilidad para adaptarse a una amplia gama de disposiciones del código de red, como los diferentes modos de potencia reactiva, las funciones de potencia activa y las condiciones de conexión para la operación normal o la reconexión después de la desconexión de la línea principal.

RESPALDO A LOS DESARROLLADORES

Más allá de los equipos, los fabricantes pueden ofrecer una serie de medidas de respaldo a los diseñadores y desarrolladores de generación distribuida para garantizarles que pueden actuar en conformidad con los códigos de red más recientes. Caterpillar, por ejemplo, proporciona un modelo de simulación que se puede aplicar a proyectos específicos para demostrar cómo reaccionan los grupos electrógenos escogidos en diferentes series de condiciones de red. El modelo se valida a partir de pruebas reales en fábrica de grupos electrógenos con respecto a determinados requisitos del código de red. Se puede utilizar para evaluar todos los productos de grupos electrógenos de la empresa en cuanto al cumplimiento del código dentro de los límites naturales inherentes a los modelos.

Aunque el desarrollador del proyecto tiene la responsabilidad de certificar la conformidad de la instalación de generación en su conjunto, el modelo de simulación se puede utilizar para evaluar los grupos electrógenos en el contexto de la planta completa. Para ayudar a los desarrolladores, Caterpillar proporciona un documento con pautas para la integración de los grupos electrógenos en modelos de simulación de plantas completas.

Además de evaluar el rendimiento en estado estacionario y dinámico de las centrales eléctricas, los desarrolladores también son responsables del cumplimiento de los requisitos de interconexión, entre otros, que establece el operador de la red. En este caso, el desarrollador tiene que comunicar esos requisitos a Caterpillar para que se puedan suministrar grupos electrógenos con las configuraciones y equipos auxiliares adecuados.

CONFORMIDAD CON EL CUMPLIMIENTO NORMATIVO

En resumen, aunque los códigos de red pueden ser complejos y de confusa variedad, los generadores distribuidos no deben ser los únicos en enfrentarse al desafío del cumplimiento normativo. Caterpillar y su red global de distribuidores han estado involucrados en los códigos de red desde el 2008, cuando en Alemania se publicó la directiva de voltaje medio, que fue uno de los primeros códigos de red en los que se imponían mayores requisitos para la generación distribuida. Esta experiencia sirve como base de comprensión que puede añadir un valor significativo a medida que el concepto de códigos de red se expande y crece en todo el mundo.

Con equipos certificados y modelos de simulación validados, los generadores distribuidos se aseguran el cumplimiento normativo de los proyectos que alcanzan los objetivos económicos y estratégicos, a la vez que protegen y mejoran la estabilidad de la red.

1 Pronóstico anual de energía 2019, U.S. Energy Information Administration, Pronóstico anual de energía 2019 https://www.eia.gov/outlooks/aeo/

2 Unión Europea, Directiva de energía renovable, https://ec.europa.eu/energy/en/topics/renewable-energy/renewable-energy-directive

3 IEA (2018), Pronóstico de energía mundial 2018, IEA París, https://www.iea.org/weo2018/.