El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) ha publicado una descripción de los controles improvisados que salvaron a NREL durante su propia interrupción, lo que podría hacer que las microrredes sean fáciles y de bajo costo donde más se necesitan.
La publicación, titulada ‘Liberando la frecuencia: Demostración de varios megavatios de sistemas de energía 100% renovables con esquema de control descentralizado sin comunicación’, describe un enfoque de microrred que elude el controlador central, un componente costoso y complicado, y su dependencia de las comunicaciones. En su lugar, utiliza controles nativos de sistemas de batería, solares y eólicos.
Sin controladores costosos y complicados
Cuando NREL experimentó un corte de energía inesperado, el laboratorio tenía pocas opciones para la recuperación: sin controlador de microrred y sin configuración preconfigurada. Solo una gran batería, paneles solares y turbinas eólicas. Otros campus, o distritos, vecindarios y hogares, podrían encontrarse en circunstancias similares, y durante un apagón no es momento para andar con configuraciones complicadas. Al igual que NREL, las comunidades ahora pueden implementar una microrred resiliente de manera improvisada, utilizando controles que existen en prácticamente cualquier recurso energético.
Si bien las microrredes son una respuesta aparente para la recuperación y la resiliencia, los costos de un controlador presentan una barrera para las comunidades. En 2019, NREL descubrió que los controladores de microrredes tienen un costo promedio de 155.000 dólares el megavatio, lo que podría poner a las microrredes resistentes fuera del alcance de las áreas vulnerables.
Además de los costos, los controladores introducen una maraña de configuraciones de sistemas y comunicaciones, a menudo opacas, propietarias y diseñadas para adaptarse a escenarios particulares. Estas características pueden ser útiles para minimizar el uso y los costos de energía, pero las recuperaciones a menudo requieren una opción rápida y lista. El método de NREL prioriza el inicio a prueba de fallas, renunciando a programas y comunicaciones elaborados a favor de controles extremadamente básicos, al tiempo que permite la construcción de diseños más avanzados.
Microrredes a prueba de fallas
El esquema de NREL está descentralizado: los dispositivos no intercambian datos ni emiten comandos (es decir, son sin comunicación). En cambio, los dispositivos se autorregulan utilizando la frecuencia del sistema como lenguaje común. En resumen, una batería u otra fuente de energía forma la red al suministrar energía a una frecuencia determinada. Otros generadores, como los paneles solares y las turbinas eólicas, siguen la red observando la frecuencia y cambiando su potencia en consecuencia.
El método no es nada nuevo, los llamados controles de caída son familiares en los generadores de combustible fósil estándar. Los investigadores de NREL demostraron que el método funciona con energía 100% renovable, se puede escalar y es factible con la mayoría de los dispositivos de energía.
Lo innovador es que el método de NREL libera la frecuencia de la red de unos ajustados 60 Hz. Independiente de la rotación mecánica, la frecuencia de la microrred puede tener un rango más amplio. A medida que la frecuencia supera los 60 Hz, los generadores reducen la potencia. A frecuencias aún más altas, los generadores reducen aún más su potencia, reequilibrando la frecuencia alrededor de los 60 Hz. El sistema se estabiliza automáticamente, sin sobrecargar las baterías ni dejar sin servicio a las cargas.
El esquema todavía requiere algo de programación del dispositivo y configuración de parámetros, que se detallan en el informe, sin embargo, es el primer paso en un diseño que podría convertirse en el estándar para microrredes a prueba de fallas.
Nuevo camino hacia la descarbonización
En la frontera de los sistemas de energía, los ingenieros están abordando los asuntos técnicos de operar la red principalmente con energías renovables. Las preguntas pendientes se relacionan con los inversores, que son los dispositivos electrónicos de potencia que conectan la energía renovable con la red y, en particular, cómo los inversores pueden formar la red de la manera en que lo han hecho tradicionalmente los recursos de origen fósil. El consorcio UNIFI está asumiendo el desafío de los inversores con el esfuerzo combinado de docenas de instituciones de investigación, lideradas por NREL.
El método sin comunicación de NREL es un ejemplo de una estrategia de formación de redes, del tipo que se necesitará a medida que los sistemas avancen hacia niveles más altos de energías renovables. Al proponer el método, los investigadores de NREL indican que está abriendo camino en algunos de los temas más complicados que enfrentan UNIFI y los sistemas de energía en todas partes, por ejemplo, cómo manejar la protección de la red y qué controles deberían ser esenciales en los dispositivos que forman la red. Los autores abordan estas preguntas en el informe, ofreciendo una dirección que los futuros sistemas energéticos pueden tomar en el camino hacia la descarbonización.