Estabilitat a les xarxes de distribució.

No hi ha dubte que les xarxes de distribució arreu estan evolucionant motivades per fer possible una generació distribuïda més propera en els llocs a on és consumeix per fer possible prescindir de l'energia fòssil. Aquest fet comporta que les masses rotatives dels generadors elèctrics de les centrals de generació amb combustibles fòssils gradualment, es vagin eliminant. Aquest fet conjuntament amb l'increment de la gernació renovables que requereix de conversos bastats en electrònica de potència,  introdueix volatilitat.

És conegut que els dissenys i arquitectures de la gernació per les xarxes actuarials, ha estat dominada per grans centrals de generació elèctriques però, avui,  la generació d'energia és cada cop més descentralitzada alhora que fa augmentar la complexitat del sistema elèctric. A més, com que l'energia renovable de mitjana i gran capacitat, sovint es genera lluny de les àrees on es consumeix es requereixen de xarxes de distribució i transport. També, a mesura que la demanda d'energia continua augmentant, provoca més exigències al sistema.

Des dels començament de la electrificació a finals del segle XIX, es van dissenyar i construir la xarxa que actualment utilitzem però,  no va ser pensada per fer front a aquests reptes que  cal fer-hi front. És per això que la xarxa ha de permetre fer possible la transició energètica, particularment amb l'ajuda de noves tecnologies que requereixen importants inversions.

La actualització de la arquitectura de la xarxa elèctrica que farà possible la transició energètica passa per fer un disseny que permeti de forma funcional i en un entorns dinàmic i canviant:

1.- Mantenir la freqüència de distribució: Mantenir el control de freqüència significa fer possible un equilibri entre la càrrega i la demanda en una xarxa A Espanya, es considera que la xarxa elèctrica està en equilibri quan  la seva freqüència és de 50 Hz, per tant, és condició necessària mantenir dins dels estrictes llindars específics, fins i tot en cas d'una pertorbació de la freqüència. Per això, cal fer quatre importants passos en diferents moments per mantenir la freqüència estable si una línia de distribució elèctrica es desconnecta, una planta de generació d'energia falla o hi ha una avaria en qualsevol dels actius que conformes les xarxes elèctriques.

Dins de l'interval inferiors a 10 segons d'una pertorbació, és la resposta inercial del sistema. Fins ara això s'aconseguia gràcies a la física del volant d'inèrcia dels generadors. Avui dia, com a conseqüència d'un menor nombre de màquines rotatives implica una reducció de les reserves instantànies, cosa que augmenta el risc d'excedir els nivells de freqüència crítics. Per tant, una forma de minvar aquesta debilitat es mantenir les centrals elèctriques en funcionament per tal de preservar la reserva instantània o invertir en una reserva primària addicional.

També hi han les emergents mesures addicionals, que inclouen estabilitzadors de xarxa rotatius, així com solucions basades en electrònica de potència, és a dir, supercondensadors i bateries que emulen el comportament de les masses rotatives.

Si durant els primers deu segons s'ha aconseguit mantenir dins dels llindars la freqüència, el següent pas passa per fer possible una resposta de la freqüència primària durant 30 segons per començar a influir a la freqüència de la xarxa local.

En cas de que la freqüència tendeixi a baixar cal més generació per alimentar a les càrregues de la xarxa. En cas de que la freqüència tendeixi a incrementar, es requereix reduir les càrregues de la xarxa. Una forma de  fer-ho possible es amb sistemes de emmagatzemament basat en bateries de ions de liti o pila de combustible amb hidrogen, entre d'altres.

En cas de que no sigui suficient i, a partir dels següents 30 segons el sistema de gestió d'energia ha de donar consignes als generadors de tota la xarxa per reduir o augmentar la seva generació per portar a la freqüència cap al valor desitjat .

Finalment, si es donés el cas d'un desequilibri més prolongat entre l'oferta i la demanda en una xarxa, les reserves, com ara centrals elèctriques addicionals i instal·lacions d'emmagatzematge, es poden utilitzar per contribuir aportant més o menys energia a la xarxa.

2.- Garantir l'estabilitat de la tensió: Igual que la freqüència, la tensió o voltatge ha de romandre en un cert nivell per garantir una qualitat d'energia consistent. Els llindars de la tensió, són cabdals de mantenir, ja que sovint l'energia ha de recórrer llargues distàncies combinat amb una capacitat de generació renovable intermitent. Per resoldre aquesta situació, l'energia reactiva és la solució la qual, generalment prové de generadors síncrons en centrals elèctriques convencionals. Tot i això, amb la participació de l'energia solar i eòlica, es necessiten altres mitjans per abordar el voltatge, aquest són els equips d'electrònica de potència com serien els Intelligent Distribution Power Router  (IDPR) ®  per les xarxes de distribució d'Energy in the Cloud

Aquest equips en mode d'operació suport a al xarxa, funcionen com una font de corrent els qual permeten augmentar la capacitat de distribució de les línies elèctriques. 

3.- Un flux de càrrega estable: la gestió de la càrrega és un altre component important per a l'estabilitat de la xarxa. És  un repte especialment desafiant, ja que l'augment de les energies renovables corre el risc de sobrecarregar les actuals línies de distribució. Per això, una manera de controlar el flux de càrrega és utilitzar el controlador de flux de potència unificat basat en electrònica de potència el qual, bàsicament permet ampliar la capacitat de distribució de les línies compensant la impedància elèctrica.

Però per salvaguardar la xarxa, també tenen oportunitat altres dispositius flexibles per controlar activament el flux d'energia. Les solucions d'emmagatzematge d'energia ajuden amb l'anomenat alleujament de la congestió del transport i la distribució.

Les bateries (químiques i piles de combustible)  poden ajudar a distribuir electricitat i evitar costoses mesures per absorbir l'excedent d'energia i dispensar-la quan i on sigui necessari. 

4.- Fer possible restablir el servei en casi d'una falla greu parcial o total del sistema elèctric: Durant els períodes en què es pot generar poca o cap energia a causa de la insuficiència d'energia eòlica i solar, les solucions d'emmagatzematge d'energia de llarga durada, com l'emmagatzematge d'energia tèrmica, l'hidrogen... poden ajudar a mantenir el flux estable d'energia. També, en cas que es doni una apagada, les bateries també poden ajudar per restablir el servei.

Els quatre anteriors punts requereixen de sistemes de control intel·ligent. Per exemple: part de la complexitat de la xarxa energètica es deu a l'elevat nombre d'actius generadors d'energia, com ara les llars amb sistemes solars fotovoltaics. Una solució per enfrontar aquest repte és el d'agrupar aquests petits productors d'energia amb l'ajuda de control intel·ligent per formar una planta d'energia virtual (VPP).

Ramon Gallart