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¿Qué hacer con la inercia y las renovables?

2021-01-05 Lorena Campa
el reto de mantener la inercia

Image by Cleiton Brazuca from Pixabay

El día de hoy se dio a conocer la petición por parte de CFE (conste, no de parte de SENER) al Cenace para “apagar” generación renovable, argumentando que estas dañan la estabilidad del sistema. 

En este caso, además de los supuestos incendios debajo de líneas de transmisión críticas, CFE argumenta que el problema es un “exceso” de generación renovable, no una disminución, lo cual ha sido el argumento más común a la fecha: “las renovables no generan todo el tiempo.”

Existe la disyuntiva entre que se cuenta con mucha capacidad instalada en algunas áreas del país (en las que se aprovecha la alta disponibilidad del recurso eólico o solar) y que esta no es proporcional a la demanda de energía en la misma zona, y por ende que la red de transmisión y distribución no cuentan con la capacidad suficiente para dar salida a la energía generada. No obstante, considero que debería de verse cómo fortalecer la RNT mediante inversión pública y privada (con el control del Estado, como lo han señalado múltiples expertos), en lugar de estar viendo cómo frenar a las renovables a toda costa. 

Pero ¿por qué en otros lugares del mundo que tienen mayor porcentaje de generación de electricidad mediante energías renovables sí han logrado incorporarlas satisfactoriamente a la red? ¿Qué es lo que hace el operador de la red en esos lugares?

Ante el argumento de la falta de inercia de las energías intermitentes, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de los Estados Unidos (NREL, por sus siglas en inglés) publicó el año pasado un video que permite entender con mucha claridad cuáles son las alternativas a la inercia, así como algunos mitos en torno a ella.

A continuación nos permitimos traducir y presentar el texto del video de NREL llamado “Understanding Inertia Without the Spin”:

 

Todos quieren energía confiable. Y una de las razones por las que la red en la actualidad es tan confiable es la inercia, que básicamente permite que todo el sistema siga funcionando cuando una planta de generación falla.

No obstante, la red está evolucionando para incluir niveles cada vez mayores de energía solar y eólica, las cuales no proporcionan inercia.

Pero ¿deberíamos entrar en pánico? No.

[…] Cualquiera que haya manejado un automóvil o andado en bicicleta está familiarizado con el principio de inercia. Esta es la tendencia de un objeto en movimiento para permanecer en movimiento, y es lo que hace que tu auto siga avanzando aún cuando dejas de presionar el acelerador, o que evita que tu bicicleta se caiga cuando dejas de pedalear.

Los objetos que giran, tales como las ruedas o las turbinas de las plantas de generación eléctrica tienen inercia rotacional. Y esta inercia es útil, ya sea que se esté manejando un automóvil u operando la red eléctrica.

He aquí cómo funciona: la red consiste en cientos de generadores que rotan en forma continua, cada uno sincronizado a una frecuencia de 60 ciclos por segundo en los Estados Unidos[1]. Esta frecuencia es usada como una medida de la salud de la red.

Durante la operación normal, la generación de electricidad de todos los generadores es igual a la demanda de electricidad, y la frecuencia permanece casi constante. Pero de la misma manera en la que un auto se desacelera cuando quitas el pie del acelerador, si una planta de generación deja de operar súbitamente, la generación de electricidad caerá casi de manera instantánea. Pero la demanda de electricidad no ha cambiado. Las luces, aires acondicionados y televisores seguirán consumiendo la misma cantidad de energía del sistema.

A medida que la energía se extrae de la inercia de los generadores rotatorios, la red empieza a desacelerar, así que la frecuencia caerá. Ciertos dispositivos llamados “gobernadores” que se encuentran en los generadores detectan estos cambios en la frecuencia. Su función es medir qué tan rápido están girando los generadores, y le indican a las plantas de generación que aumenten su velocidad o la disminuyan. Esto es esencialmente el “volante” de la red eléctrica.

Pero toma tiempo —incluso varios segundos— el que todas estas palancas y válvulas funcionen y la planta de generación incremente lo que entrega a la red. Ahí es donde entra la inercia: le concede tiempo al sistema para que todos estos sistemas mecánicos reaccionen ante una emergencia, manteniendo las luces encendidas.

Así es que esta es la forma en la que la funciona la inercia para mantener la confiabilidad de la red actual. Pero a medida que se agregan más renovables a la red, la forma de operarla está cambiando. Aún podemos obtener inercia de energías renovables que emplean generadores tradicionales, incluyendo la geotérmica, hidroeléctrica, biomasa y calor solar concentrado (CSP).

Pero las energías renovables de generación variable como la solar o la eólica no emplean generadores tradicionales. En lugar de ello, utilizan inversores, que tienen controles electrónicos que no cuentan con una respuesta inherente de inercia.

Y cuando agregamos renovables basadas en inversores y empezamos a apagar generadores tradicionales, tenemos menos inercia en el sistema.[2]

¿Y eso significa entonces la perdición de la red eléctrica? ¡No!

Los operadores de la red han encontrado la manera de enfrentar esto sin afectar la confiabilidad.

Si reemplazamos los lentos sistemas mecánicos de los generadores convencionales con algo más rápido, simplemente no necesitamos tanta inercia.

La respuesta rápida en frecuencia reemplaza algunos de los procesos mecánicos con sensores electrónicos que pueden medir rápidamente la frecuencia y responder en fracciones de segundo. Esta respuesta puede ser derivada de cargas no críticas que al percibir una baja de frecuencia se desconectan en menos de medio segundo.

También es posible obtener una rápida respuesta en frecuencia a partir de renovables si se controla la energía que entregan las plantas solares y eólicas, o bien se extrae energía cinética almacenada a partir de turbinas eólicas rotatorias.

Muchas las tecnologías de almacenamiento —como las baterías— también pueden proporcionar una respuesta en frecuencia muy rápida. Y cuando decimos muy rápida, es realmente rápida: las plantas eólicas pueden responder 10 veces más rápido que los generadores tradicionales, y las plantas solares pueden ser más de 50 veces más rápidas.

Esto no son solo experimentos de laboratorio. Esto ya está sucediendo en sistemas reales.

En Texas, se han empleado plantas eólicas para proporcionar servicios de respuesta en frecuencia durante años. Y desde 2018, esto ha sido un requerimiento para cualquier nueva planta eólica o solar a gran escala en los Estados Unidos.

Así es que no es necesario entrar en pánico: existen muchas soluciones para ayudar a que las energías solar y eólica “jueguen limpio” con la red, incluso sin contar con inercia tradicional.

Aún cuando la pregunta de qué tan lejos podemos llegar con los recursos basados en inversores sigue abierta, los investigadores en el NREL y en todo el mundo están explorando este reto, y en formas de hacer nuestra red más confiable, estable y efectiva en costos a medida que continúa su transformación.

  

Puede leer el reporte completo en bit.ly/grid-inertia-report.

Link del video: https://youtu.be/b9JN7kj1tso

 

Fuente:

“Top 20 NREL Stories of 2020”, en: https://www.nrel.gov/news/features/2020/top-stories-2020.html

 

[1] En México la frecuencia de la red también son 60 Hz.

[2] Una de las razones por las que se “apagaría” una planta de generación convencional está dada por los costos de generación de las renovables (más baratas) frente a las plantas tradicionales, además de los factores relacionados con la reducción de emisiones y la transición energética, por supuesto.

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