Reflexiones de Luciano Ángel Estevez sobre el artículo “el software está determinando la potencia en la red” de Patrick T. Lee publicado en la revista Spectrum de IEEE de julio 2020, donde relata experiencias con sincrofasores
Luciano Ángel Estevez
Director general de Estevezbook y consultor de sistemas fotovoltaicos
En agosto de este año se nos puso el cabello de punta ante dos noticias que atañen a Baja California Sur. La primera, Comisión Federal de Electricidad (CFE) cancelaba la licitación de una planta de combustión de 42 MW y la peor, se suspendía la instalación de nuevos proyectos de renovables al menos hasta el año 2027. Esto, con el fin de no dañar la inercia física del sistema debido a la intermitencia.
Dicha decisión inquieta, porque México cuenta con gran riqueza energética solar y eólica. Países como Alemania, Japón, Dinamarca y Estados Unidos incrementan la penetración de renovables a pesar de su intermitencia y han sabido controlarla con el beneficio de no consumir combustible y ser amigables con el medio ambiente.
Usar tecnologías como los sincrofasores propician la integración de conceptos como la inercia sintética, que está coordinada con la inercia rodante de grandes rotores de generadores tradicionales. Llama la atención el artículo “El software está determinando la potencia en la red” de Patrick T. Lee en la revista Spectrum de IEEE de julio 2020 donde relata experiencias con sincrofasores en sistemas de energía renovables y del cual resumo algunos puntos importantes:
Acto de equilibrio
La demanda de electricidad y la generación en Onslow, Australia, está en equilibrio gracias al controlador de micro red basado en software. Se monitorean las condiciones de la granja solar de 1 MW y la instalación de batería de almacenaje de 2.5 MW. Un controlador de micro red respalda el uso de generación eólica a pesar de su intermitencia.
En 2018 Horizon Power contrató el Pxise Energy para mejorar la integración de energías renovables. La solución fue la unidad de medición fasorial o PMU que mide tensión y corriente en varios puntos de red y calcula magnitud y fase de señales con cada medición digitalizada. Horizon tiene el reto de proporcionar servicio eléctrico confiable a pequeñas comunidades en un área extensa, por tanto, la generación es clave. Trabaja para disminuir la dependencia de energías no renovables. Los incentivos para implementar eólica y fotovoltaica son apremiantes.
Adicionar más energía eólica y solar crea retos como estabilidad y resilencia de red
La intermitencia puede originar que tensión y frecuencia fluctúen y formen picos peligrosos cuando generación y demanda no están equilibradas. Muchos operadores de red con inercia humana temen la intermitencia de las renovables.
En lugar de buscar una forma de integrarlas han tratado de limitarlas en sus redes. Empresas suministradoras dispersan PMU en sistemas de transmisión, pero no explotan la información en tiempo real. Nosotros desarrollamos algoritmos de aprendizaje automático para que el controlador de alta velocidad pueda actuar rápida y automáticamente ante cambios de generación, consumo y para predecir condiciones futuras en red.
El elemento básico en PMU es el llamado fasor. Charles P. Steinmentz en 1893 calculó fase y amplitud de forma de onda de CA. Después A.G. Phadke en Virginia Tech demostró que PMU podía medir directamente magnitud y ángulo de fase de onda de CA en puntos específicos de red. El dispositivo resultó muy valioso además detectar apagones. PMU de alta velocidad proporciona información 120 veces por segundo, 200 veces más rápido que un rango de muestreo de scada. Los datos se registran con precisión basado en el sistema de posicionamiento global que sincroniza mediciones alrededor del mundo. Algunos los llaman sincrofasores. Scada fue diseñado para enviar información cada 2 o 3 segundos a un centro de operaciones donde humanos observan y toman decisiones. La electrónica de potencia de inversores fotovoltaicos y eólicos y unidades de almacenaje de energía operan a nivel de milisegundos y requieren controles de alta velocidad para mejor desempeño.
Modernización de redes
Antes de ir a Australia sospechaba que PMU y sincrofasores podrían tener un rol importante en la modernización de redes de distribución. En 2015, empecé a trabajar con Charles Wells, experto en controles de sistemas de potencia que trabajaba para Osisoft y determinamos que mi sospecha era válida y que sistemas de control basados en sincrofasores eran viables. En un año efectuamos cálculos y corrimos simulaciones para confirmar qué datos de PMU podrían ser utilizados para medir y controlar condiciones de red en tiempo real y patentarlo.
El controlador del proyecto demandaba una operación exacta y alta velocidad. Nuestro sistema también requería de Inteligencia Artificial (IA) para ser capaz de pronosticar condiciones de red, hora por hora. Debido a que nuestra plataforma estaría principalmente basada en software, podría requerir algo de hardware nuevo e integración dentro de red existente.
En 2017, el sistema estuvo listo para primera prueba en mundo real, lo cual ubicó a nuestro grupo en una granja eólica de 21 MW, con batería de almacenaje en una isla de Hawaii y limitantes para integrar más energía renovable por variabilidad de recursos eólicos.
Rentamos una casa cerca de la granja eólica y probamos la tecnología
Llegó el momento cuando logramos lo que buscábamos, controlar generación de energía en la granja eólica desde una mesa en la cocina. Para isla Jeju en Corea del sur, donde la electricidad primaria provenía desde tierra firme, diseñamos un sistema para interconectar dos sistemas locales de baterías de almacenamiento de 224 KWH y 776 KWH con una granja solar de 500 KW y una eólica de 600 KW.
La instalación de cuatro controladores tomó cuatro días para operar los dos sistemas de baterías durante el día y la noche, el controlador Pxise utilizó las baterías para suministrar lo que es conocido como control de rampa para turbinas eólicas. El sistema de control crea su propio pronóstico de carga y generación basado en estimaciones meteorológica y de IA procesando datos históricos de carga.
En otros países y sitios de EU, los sistemas que suministramos tienen poca diferencia, dependiendo del mix de recursos de energía del cliente y prioridades.
Aceptar a las renovables como son
Para concluir, surge la interrogante de si en México, en lugar de discriminar la intermitencia de las renovables sería mejor aceptarlas como son, vencer la inercia humana y transformar los sistemas de fasores que existen en nuestras redes; inclusive, existe una especificación de CFE para detectar fallas y convertirlos a sistemas controladores con PMU, que ayuden a incrementar las energías eólicas y solares, sin temor a la intermitencia y en beneficio del medio ambiente.
