El "Grid Forming" a les Xarxes Elèctriques Catalanes de Petits DSOs

Repte crític per a la seguretat, la digitalització i la integració renovable

La transformació del sistema elèctric europeu ens està empenyent, vulguem o no, cap a un escenari en què la generació renovable distribuïda i l’electrònica de potència deixen de ser un complement i passen a ser l’eix central del funcionament de la xarxa. L’actualització del codi europeu de requisits per a generadors (NC RfG 2.0) preveu que, en pocs anys, la major part dels parcs de generació tipus B i superiors connectats a la distribució hagin de ser “grid forming”: convertidors capaços no només d’injectar potència, sinó de donar forma a la xarxa, fixant tensió i freqüència i contribuint a l’estabilitat global del sistema. Aquest canvi normatiu neix d’una necessitat real: 

Si cada cop tenim menys màquines síncrones grans al sistema, algú ha de fer la feina que abans feia la inèrcia mecànica.

I aquesta “nova inèrcia” vindrà, inevitablement, dels convertidors Grid Forming Converters (GFC). 

Ara bé, aquesta bona notícia per a la transició energètica porta associats riscos nous, sobretot per a les xarxes de distribució. El document sobre “Grid Forming Roadmaps”  de la EU DSO Entity remarca un dels perills més importants: 

La formació d’illes no desitjades. 

En el món “clàssic”, quan una linia o alimentador, o una part de la xarxa es desconnectava per una falta o una maniobra, la tensió queia i la freqüència deixava de ser estable, de manera que les proteccions acabaven desconnectant la generació distribuïda. El sistema, senzillament, s’apagava. En canvi, un GFC ben dissenyat fa exactament el contrari: 

Intenta mantenir tensió i freqüència dins dels marges, perquè aquesta és justament la seva funció. 

El resultat és que una part de la xarxa pot quedar alimentada, inadvertidament, com una microxarxa “fantasma”, sense que l’operador se n’adoni a temps. Les proteccions basades en RoCoF, vector shift o simples llindars de tensió i freqüència, que ja estaven sota sospita, perden encara més eficàcia. El que abans era una anomalia breu ara pot convertir-se en una illa sostinguda amb implicacions serioses de seguretat pública, de danys a equips i de coordinació amb els esquemes automàtics de maniobra.

Aquest problema és particularment agut a les xarxes de mitja tensió amb grans volums de generació connectada a baixa tensió a través de transformadors MV/LV amb primari en triangle i secundari en estrella. Quan la xarxa queda aïllada del seu punt d’alimentació principal, el neutre passa a estar aïllat i un defecte monofàsic a terra pot ser alimentat pels convertidors GFC sense que les proteccions tradicionals vegin prou corrent de falta per actuar. 

Que passaria amb un GF no controlat donada una xarxa aparentment normal, amb tensió present, amb cable soterrat o una línia aèria  amb falla homopolar o una estructura tocant terra que continua energitzada i sense un mecanisme clar perquè el DSO ho detecti i actuï ràpidament?

Les solucions proposades passen per esquemes més complexos com serien les proteccions basades en tensions residuals, transformadors d’equipotencialitat de neutre, reclosers intel·ligents amb mesura de tensió a terra, o bé un salt qualitatiu en digitalització, amb ADMS capaç de correlacionar l’estat dels interruptors amb mesures locals de tensió i freqüència per deduir que hi ha una illa en funcionament.

A Catalunya hi ha diversos distribuïdors petits. Aquestes empreses acostumen a tenir xarxes molt ramificades, amb una proporció elevada de línia aèria de mitja tensió, una densitat de càrrega relativament baixa i un creixement ràpid d’autoconsum fotovoltaic a baixa tensió. Sovint, el seu centre de control és modest, amb un petit SCADA, i la informació en temps real sobre l’estat de la xarxa és limitada. Per a aquests operadors, l’entrada massiva de generació grid forming no és només una qüestió de complir una norma europea, sinó un autèntic canvi de paradigma que posa pressió a la seva capacitat tècnica, humana i financera.

En una xarxa rural catalana típica, amb transformadors dispersos, molts quilòmetres de línia aèria, orografia complicada i fortes variacions de demanda segons temporada, la probabilitat de formar illes involuntàries pot ser relativament alta quan augmenti la penetració de GFC. Per exemple, un alimentador de 20 kV que alimenta diversos pobles i masies amb un fort desenvolupament fotovoltaic pot convertir-se fàcilment en una illa si s’obre l’interruptor de capçalera a causa d’una falta o d’un error de maniobra. Si hi ha suficient capacitat grid forming i el balanç generació-càrrega és favorable, la tensió es mantindrà i la freqüència no caurà. Des del punt de vista dels clients, això pot semblar fins i tot desitjable (“seguiran tenint llum malgrat la falta”), però des del punt de vista de la seguretat i la coordinació amb la resta del sistema, és una situació delicada: 

Es poden produir re-sincronitzacions sobtades quan l’operador intenta restablir el servei, es poden mantenir defectes a terra no detectats, i es pot comprometre la integritat dels equips tant del distribuïdor com dels clients.

A més, molts d’aquests distribuïdors catalans no disposen encara d’un ADMS avançat ni d’una monitorització sistemàtica de tensió i freqüència a totes les sortides i punts clau. Implementar esquemes centralitzats de detecció d’illes, com els que proposa el document, pot ser econòmicament molt costós. Posar transformadors de neutre, VTs i relés sofisticats a cada centre de transformació amb generació significativa és, senzillament, prohibitiu. Per a una empresa que gestiona, menys de 100.000 punts de subministrament, amb dotacions de personal limitades i un marc regulador que no sempre reconeix aquestes inversions, el risc és acabar atrapada entre dues obligacions: 

D’una banda, donar accés a la generació grid forming perquè el marc europeu la demana; de l’altra, mantenir la seguretat i la qualitat de servei sense disposar de les eines i recursos necessaris.

Això fa que el disseny dels fulls de ruta nacionals del grid forming hagi de tenir en compte explícitament la realitat d’aquests distribuïdors de mida petita. Una estratègia raonable podria passar per prioritzar la funcionalitat GFC en aquells punts de connexió que ja estan ben instrumentats (subestacions amb SCADA, alimentadors amb mesura en temps real, zones on hi hagi plans d’inversió en digitalització) i ser més flexibles en entorns rurals on el cost de les mesures de mitigació superaria amb escreix el benefici immediat. També seria intel·ligent promoure solucions compartides: 

Plataformes d’ADMS, serveis comuns de telecontrol i anàlisi, o esquemes estàndard de protecció que els proveïdors puguin replicar de manera econòmica. Forçar cada petit distribuïdor a reinventar la roda seria una recepta per al fracàs.

També caldrà revisar a fons les pràctiques de protecció a baixa tensió en aquestes xarxes amb molta fotovoltaica resiencial. Avui dia, encara és habitual confiar en proteccions integrades als convertidors i elements passius com fusibles i interruptors automàtics. Però en un escenari amb convertidors GFC capaços de sostenir una illa a BT, aquestes solucions poden quedar curtes. Haurà de quedar molt clar on es troba la frontera entre alimentació de “backup” voluntàri, per exemple, un habitatge que es desconnecta reglamentàriament de la xarxa i opera en illa pròpia i, alimentació involuntària de trams sencers de xarxa pública. La clau serà definir criteris clars de disseny de les instal·lacions d’autoconsum, garantir que els equips incorporen funcions d’anti-illa compatibles amb el món GFC i coordinar-ho amb els requisits del distribuïdor en cada zona.

Per als distribuïdors catalans de menys de 100.000 punts, doncs, el grid forming no és ni un luxe tecnològic ni una simple casella normativa per marcar. És un repte estratègic. 

Pot convertir-se en una oportunitat per modernitzar la xarxa, desplegar sensòrica, digitalitzar processos i dotar-se d’eines avançades de gestió que avui només tenen les grans companyies. Però, si no es planifica bé i no es dota de finançament i regulació adequats, pot ser una càrrega que posi en risc la seva viabilitat i compliqui encara més la integració de renovables a les zones rurals i semiurbanes de Catalunya. 

El debat real, per tant, no és si volem grid forming o no, això ja està decidit a nivell europeu,  sinó com fem que aquesta transició sigui justa i assumible també per als operadors petits, que són fonamentals per electrificar el territori i fer arribar la transició energètica a tot arreu.

L’èxit dels fulls de ruta de grid forming dependrà de la capacitat d’ajustar els requeriments tècnics als contextos reals. Per a les grans xarxes de distribució interconnectades, el camí passarà per ADMS avançats, proteccions coordinades, esquemes sofisticats de detecció d’illes i una relació molt estreta amb el TSO. Per als distribuïdors catalans petits, caldrà una combinació de pragmatisme i ambició: 

Desplegar allà on hi ha més risc i més benefici, aprofitar al màxim solucions estandarditzades i compartides, i reclamar un marc regulador que reconegui que la seguretat, la qualitat de servei i la integració ordenada de renovables són béns públics que no es poden exigir sense donar, alhora, les eines per assolir-los. 

El grid forming és, sens dubte, una peça clau del futur elèctric europeu; que aquest futur funcioni també a les valls del Pirineu, als municipis de la Catalunya interior i a les xarxes locals de la costa dependrà de com ara convertim aquest repte en una oportunitat real per als nostres distribuïdors.

Ramon Gallart

Energia Solar des de l'Espai.

En un atrevit pas cap a una nova era de l’energia espacial, la startup Star Catcher preten convertint en realitat una idea que durant dècades ha semblat pròpia de la ciència-ficció. 

Generar energia solar a l’espai i distribuir-la entre satèl·lits. El seu plantejament, tan enginyós com pragmàtic, podria marcar un abans i un després en la manera com s’alimenten els dispositius que orbiten al voltant de la Terra.

Durant anys, el concepte d’energia solar espacial ha estat vinculat a visions colossals, amb immenses plataformes de panells solars en òrbita enviant energia a la superfície terrestre. Tot i que la idea és científicament plausible, els reptes tècnics, logístics i econòmics han impedit portar-la a gran escala. Star Catcher, però, ha decidit replantejar aquesta visió amb un enfocament més modest però molt més realista: en lloc d’intentar abastir la Terra, proposa subministrar energia directament a altres satèl·lits en òrbita baixa, convertint-se en una mena de xarxa elèctrica orbital.

Els seus satèl·lits, concebuts com a nodes de potència, actuaran com petites centrals solars que transmetran energia a aparells situats en trajectòries properes. Aquest plantejament no només simplifica enormement el sistema tècnic, sinó que també respon a una necessitat creixent. Amb la previsió que hi hagi fins a 50.000 satèl·lits operatius l’any 2030, la demanda d’energia en òrbita serà més important que mai. En aquest context, poder disposar d’una font d’energia externa que allargui la vida útil dels satèl·lits o els permeti operar a potències més altes és un avantatge que pot marcar la diferència.

Cada node de potència de Star Catcher, amb un pes aproximat de 800 kg i situat a uns 1.500 km d’altitud, pot servir diversos satèl·lits clients. En una indústria on cada gram compta i on el cost de llançament és un factor crític, externalitzar part de l’energia és una opció molt atractiva per a molts operadors.

Malgrat trobar-se en una fase inicial, la startup ja ha aconseguit un finançament de 12,25 milions de dòlars i ha despertat l’interès de diversos clients potencials. El pas decisiu arribarà a finals del 2025, quan es preveu el llançament del primer satèl·lit de demostració. Si la prova confirma la viabilitat del sistema, l’empresa té l’ambició de desplegar fins a 200 nodes de potència en el futur.

Tot i que molts experts consideren que la viabilitat tècnica del projecte és prometedora, la seva viabilitat econòmica encara desperta interrogants. Alguns especialistes hi veuen un mercat de nínxol clar, mentre que d’altres recomanen prudència, tot i reconèixer l’encert d’apostar per un projecte progressiu i escalable.

A mesura que Star Catcher avanci, podria redefinir la manera com s’alimenten els satèl·lits en un espai cada vegada més concorregut. Tant si el seu enfocament esdevé un nou estàndard com si obre la porta a projectes encara més ambiciosos, el cert és que la indústria espacial segueix amb atenció els seus moviments. En un moment en què la humanitat mira cap a la Lluna, Mart i més enllà, la idea d’una infraestructura energètica orbital ja no sembla tan llunyana, i Star Catcher podria ser un dels seus pilars fonamentals.

Ramon Gallart

Fonts:
https://www.energy.gov/space-based-solar-power
https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/SOLARIS/Space-Based_Solar_Power_overview

La decisió sobre les nuclears vista des de la Via Làctia.

La votació al Congrés que va tombar l’esmena del PP per eliminar les dates de tancament de les nuclears, amb l’abstenció decisiva de Junts, s’ha presentat com una batalla estratègica sobre el futur de les nuclears i del model energètic. 

En realitat, és més aviat un símptoma que no pas una solució: confirma que continuem improvisant en lloc de pensar en gran. 

I quan dic “pensar en gran” no em refereixo només a mirar a l’horitzó del 2035, sinó a aixecar realment la mirada, des les nuclears fins a la Via Làctia.

El moviment del PP, intentant colar una modificació nuclear en una llei que no hi tenia res a veure, sense informes tècnics ni consulta al CSN, no era una aposta seriosa per a un nou model energètic; era un gest polític. 

El rebuig de l’esmena tampoc no resol res: amb dates o sense dates, les empreses poden demanar pròrrogues igualment i el CSN continuarà sent qui tingui l’última paraula. El problema no és jurídic, és de model. 

A Catalunya, això es tradueix en una única certesa: la incertesa. Les centrals nuclears són una peça clau del sistema elèctric, però no hi ha un calendari clar ni consensuat, el desplegament de renovables acumula anys de retard i el territori que viu de la nuclear no té cap full de ruta sòlid per al “dia després”. Les Terres de l’Ebre continuen atrapades entre l’esperança d’un miracle i la por a una catàstrofe econòmica, i mentrestant ningú no fa l’esforç seriós d’imaginar què podria ser una transició justa, planificada i amb ambició.

Al mateix temps, a Madrid el debat s’ha convertit en un espectacle permanent. El PP busca una narrativa “pro-nuclear” per diferenciar-se, el PSOE defensa el calendari actual sense accelerar de debò les alternatives, Podem i Bildu es mantenen en una oposició més ideològica que estratègica i Junts opta pel càlcul parlamentari sense assumir una posició clara sobre quin model energètic vol per a Catalunya. Enmig d’aquest escenari, el país queda atrapat en la pitjor opció possible: la indefinició.

És aquí on resulta útil mirar-se aquest debat amb les ulleres de l’astronomia. En el camp de la recerca de vida a l’univers, hi ha una idea coneguda com la Rare Earth hypothesis: la vida complexa seria extraordinàriament rara perquè requereix una combinació gairebé irrepetible de factors, des d’una lluna gran fins a una composició química molt específica. Si a l’equació de Drake hi anem afegint condicions i més condicions, el resultat tendeix a zero. Som únics, irrepetibles, quasi miraculosos. Doncs bé, la política energètica catalana i espanyola sembla haver comprat, sense dir-ho, una versió reduïda d’aquesta hipòtesi: el nostre esquema actual (nuclears longeves, poques renovables, molta dependència externa) es tracta com un equilibri fràgil que no es pot tocar massa. Qualsevol canvi es viu sobretot com una amenaça, no com una oportunitat.

Però l’astronomia també ens ofereix una altra imatge possible. Potser hi ha moltes maneres diferents d’arribar a la vida intel·ligent; potser no hi ha un únic camí estret, sinó múltiples camins paral·lels que no s’assemblen gaire al nostre i que també funcionen. Traduït al nostre debat, vol dir que hi ha moltes maneres d’assegurar energia, prosperitat territorial i seguretat de subministrament. 

El problema és que nosaltres només discutim si allargar o no una sola peça del sistema, en lloc de repensar tot el conjunt.

Aquí entra en joc el principi copernicà, segons el qual no som especials: el lloc on vivim i el moment en què existim haurien de ser, en general, típics. Això funciona molt bé per explicar coses com Neptú: si nosaltres tenim Neptuns, és raonable pensar que altres sistemes planetaris també en tinguin. Però aquest principi falla quan el fem servir per parlar d’allò que és imprescindible per a la nostra existència. No podem assumir que totes les atmosferes tindran oxigen només perquè la nostra en té. La versió refinada d’aquest avís és el principi antròpic feble: només pots observar l’univers des d’un lloc on les condicions et permeten existir. Que tu siguis aquí no vol dir que aquest “aquí” sigui habitual; només vol dir que és viable.

Això ens hauria de fer desconfiar d’un cert “excepcionalisme nuclear” que contamina el debat. El fet que l’energia nuclear tal com l’hem gestionada fins ara hagi estat clau per al nostre sistema elèctric no implica que no hi hagi alternatives realistes. Si fóssim conseqüents amb el pensament científic, ens plantejaríem seriosament aquesta pregunta: 

Si avui haguéssim de dissenyar de zero el mix energètic de Catalunya, amb el coneixement i la tecnologia actuals, faríem exactament el mateix que tenim? 

Acceptaríem la mateixa concentració de risc en pocs reactors, la mateixa dependència de combustibles fòssils, el mateix menyspreu de facto per les renovables distribuïdes i per l’eficiència? 

És difícil respondre que sí amb honestedat intel·lectual.

Un altre concepte astronòmic que ens pot servir és l’escala de Kardashev, que classifica les civilitzacions segons la seva capacitat d’aprofitar energia. Una civilització de Tipus I aprofita pràcticament tota l’energia disponible al seu planeta; una de Tipus II, tota l’energia de la seva estrella; una de Tipus III, la de tota la galàxia. 

Nosaltres ni tan sols hem arribat a ser una civilització de Tipus I, ni a escala global ni, encara menys, a escala catalana. 

Estem molt lluny d’utilitzar de manera racional i sostenible tota l’energia que ens arriba en forma de sol, vent, onatge o biomassa, i malgrat això discutim el futur de les nuclears com si fos gairebé l’única clau del sistema.

Una “Catalunya Type I” no seria una Catalunya tapada de ciment i aerogeneradors mal posats, sinó un país que aprofita a fons el potencial renovable del seu territori amb criteris ambientals i socials, que redueix dràsticament el malbaratament energètic, que reparteix millor les oportunitats econòmiques més enllà dels pols tradicionals i que integra tecnologies (inclosa, si cal, la nuclear) dins d’un pla coherent i temporalitzat, no com pedaços de darrera hora. En aquest esquema, el debat sobre la pròrroga de les nuclears no desapareix, però canvia de categoria: deixa de ser “el” tema i es converteix en un instrument més al servei d’una estratègia clara.

En el debat sobre la vida extraterrestre, Hart’s Fact A ens recorda una realitat tan simple com contundent: aquí, ara mateix, no convivim amb cap altra civilització tecnològica. Això implica que no hi ha hagut, com a mínim a la nostra galàxia, una onada de civilitzacions expansives que ho hagin colonitzat tot, perquè si fos així, difícilment seríem aquí. En el nostre terreny, també tenim un “fet A” incòmode: 

Catalunya no té avui un pla energètic que combini seguretat de subministrament, descarbonització i desenvolupament territorial d’una manera creïble i compartida. 

Podem encadenar discursos, anuncis i calendaris teòrics, però quan mires fredament el conjunt (retards en renovables, incertesa nuclear, dependència del gas, fragilitat de la xarxa, oportunitats perdudes a territoris com les Terres de l’Ebre) es fa evident que el que falla no és una esmena al Congrés, sinó l’absència d’un model.

Les darreres recerques sobre l’origen de la vida apunten que aquesta podria haver aparegut molt aviat a la Terra, potser només 200 milions d’anys després de la formació dels oceans. En termes còsmics, és un sospir. Això suggereix que, en condicions adequades, posar en marxa la vida potser no és tan difícil; el que és lent és el camí fins a una civilització capaç de preguntar-se per tot això. En canvi, la nostra política energètica sembla funcionar a l’inrevés: 

Tenim una combinació molt favorable de tecnologia, capital i coneixement per fer una transició, però el que frena no és la física, és la política. 

No és impossible planificar el futur de les nuclears amb una estratègia clara per a les Terres de l’Ebre; no és impossible desplegar renovables amb consens i retorn local; no és impossible dissenyar un model que combini seguretat, clima i oportunitats territorials. El que sembla “difícil”, en realitat, és assumir costos polítics a curt termini per guanyar coherència a llarg termini.

Quan busquem vida fora de la Terra, distingim entre biosignatures (empremtes de la química de la vida en una atmosfera i tecnosignatures, traces de tecnologia avançada). Cap d’aquests senyals és fàcil d’interpretar; molts poden ser falsos positius. En energia passa una cosa semblant: no n’hi ha prou amb alguns megawatts instal·lats o amb una votació concreta per concloure que “anem bé”. 

Els veritables indicadors d’un model coherent serien calendaris creïbles i respectats, inversions sostingudes en renovables i en xarxa, plans concrets de reindustrialització i transició justa per als territoris afectats i institucions reguladores amb autonomia i prestigi. 

El que tenim ara s’assembla més a un mosaic de senyals contradictoris que no permeten saber si hi ha un autèntic projecte de fons o només soroll.

En astronomia hi ha una limitació fonamental: no es pot provar un negatiu. No és possible demostrar que no hi ha vida a Mart ni que estem sols a la galàxia; només podem acumular resultats i anar restringint possibilitats. 

En política energètica, però, fem servir molt alegrement negatius absoluts com a arguments: “no hi ha alternativa realista”, “és impossible fer-ho d’una altra manera”. 

No podem demostrar amb certesa matemàtica que aquestes frases siguin falses, però podem fer el que fa la bona ciència: ampliar el camp de possibilitats, explorar camins nous, acceptar que les nostres intuïcions estan condicionades pel que hem fet fins ara.

L’episodi del Congrés no canviarà gairebé res a curt termini: les dates oficials continuaran, les empreses podran seguir demanant pròrrogues i el CSN mantindrà la clau última. Però sí que ha servit per fer més visible una cosa que ja sabíem: 

Que continuem sense una política energètica coherent, i que això, a Catalunya, pot acabar tenint un cost alt, sigui en forma de pròrrogues improvisades per necessitat, sigui en forma d’un tancament sense alternatives preparades. 

Potser és hora d’aprendre una mica de com la ciència afronta la gran pregunta de si som sols a l’univers: reconèixer el que sabem i el que no sabem, admetre els nostres biaixos i desitjos i construir escenaris basats en evidències i models, no en improvisacions i càlculs de curt termini. Si algun dia volem ser, metafòricament, una civilització “Kardashev Type I” catalana (un país capaç d’aprofitar de manera intel·ligent l’energia del seu territori), haurem de deixar de veure ovnis a cada votació i començar a fer el que la ciència fa millor: preguntar-se seriosament, planificar amb rigor i acceptar que la pitjor opció no és equivocar-se, sinó renunciar a pensar el futur.

Ramon Gallart