Per Què Importa la Freqüència de la Xarxa Elèctrica i com la Inèrcia Manté els Llums Encesos.

Fins fa dues setmanes, després del col·lapse de la xarxa de transport elèctrica d'Espanya, no percibiem què, cada vegada que encenem una bombeta o carreguem el mòbil, estem participant en un dels equilibris més delicats de l’enginyeria moderna: mantenir la freqüència de la xarxa elèctrica.

Aquesta freqüència —50 Hz a Europa, és el batec constant del sistema elèctric. Si aquest pols s’accelera o s’alenteix massa, les conseqüències poden ser greus. N’hi ha prou amb una desviació de ±0,5 Hz perquè les xarxes entrin en mode d’emergència. Si el desequilibri s’agreuja, pot acabar provocant talls massius o fins i tot el col·lapse total del sistema.

Però, per què és tan crítica aquesta freqüència? Perquè representa l’equilibri entre l’energia generada i la consumida en cada instant. Quan la generació supera la demanda, la freqüència puja. Quan passa el contrari, baixa. És com mantenir l’equilibri sobre una corda fluixa, amb milers de milions de watts en joc.

Aquí és on entra en acció la inèrcia. En el context elèctric, la inèrcia té a veure amb la  massa giratòria de les turbines dels generadors tradicionals. Aquestes turbines  que son grans, pesants i giren constantment,  emmagatzemen energia cinètica. Quan hi ha una interrupció sobtada, com ara la desconnexió d’una central elèctrica, aquesta massa giratòria no s’atura de cop. Continua girant durant un breu període, alliberant energia i esmorteint l’impacte sobre la freqüència. És un efecte semblant al d’un volant d’inèrcia que continua girant fins i tot després d’aturar el motor: aquesta resistència al canvi és el que estabilitza la xarxa durant els primers segons crítics després d’una pertorbació.

Una bona manera d’entendre-ho és imaginar una banyera. L’aixeta representa la generació elèctrica i el desguàs, el consum. El nivell de l’aigua és la freqüència, i la mida de la banyera, la inèrcia. Si el flux que entra és igual al que surt, el nivell es manté estable. Però si obrim més l’aixeta o es tapa el desguàs, el nivell canvia. Si la banyera és petita (baixa inèrcia), el canvi serà ràpid i brusc. Si és gran, l’aigua trigarà més a pujar o baixar: el sistema és més estable.

El reptes actual és que, a mesura que la societat aposta per les energies renovables —com la solar i l’eòlica—, moltes d’aquestes tecnologies no tenen inèrcia natural. No utilitzen turbines giratòries acoblades directament a la xarxa, sinó convertidors electrònics que converteixen el corrent generat. Això significa que no contribueixen amb aquesta massa giratòria que protegeix la freqüència. El resultat és una xarxa més lleugera i àgil, però també més fràgil davant les pertorbacions.

Per evitar que aquesta fragilitat esdevingui un problema sistèmic, els operadors elèctrics estan explorant solucions innovadores. Una és la inèrcia sintètica, que imita l’efecte estabilitzador de les turbines mitjançant algoritmes en els convertidors. Una altra és l’emmagatzematge amb bateries, que permet injectar potència en mil·lisegons quan es detecta una caiguda de freqüència. També es parla de la resposta de la demanda, és a dir, ajustar el consum en temps real: si falta energia, certes càrregues no crítiques es desconnecten temporalment per alleugerir el sistema.

El futur de l’estabilitat de la xarxa passa per combinar aquestes eines. Perquè encara que la banyera d’abans ja no tingui les mateixes parets gruixudes d’acer de les antigues turbines, podem construir-ne una de digital igual d’eficaç. I mantenir, passi el que passi, els llums encesos.

Llavors, quan parlem d’inèrcia sintètica, ens referim a la capacitat d’alguns dispositius electrònics,  com els convertidors que connecten les plaques solars o els aerogeneradors a la xarxa, d’imitar el comportament dels generadors tradicionals que sí tenen massa giratòria. Com que aquests sistemes no tenen peces mecàniques que girin i acumulin energia cinètica, cal simular aquest efecte mitjançant control electrònic i software.

La clau està en programar els convertidors perquè reaccionin com si tinguessin inèrcia física. Això vol dir que, quan detecten una caiguda de freqüència (és a dir, que la demanda supera la generació), injecten de forma immediata energia elèctrica a la xarxa, durant uns segons. Aquesta energia prové de les mateixes fonts renovables (si hi ha sol o vent disponible) o, més sovint, de petits sistemes d’emmagatzematge connectats als convertidors, com ara supercondensadors o bateries.

Aquest procés es produeix molt ràpidament: en qüestió de mil·lisegons. Els convertidors amb control avançat poden mesurar la freqüència de la xarxa centenars de vegades per segon i actuar en conseqüència. Quan la freqüència es recupera, redueixen la seva aportació. És com tenir una “turbina virtual” que sap quan cal donar un cop de mà.

Un avantatge important de la inèrcia sintètica és que es pot ajustar. A diferència de la inèrcia física, que depèn del pes i la velocitat de les turbines, aquí es poden programar diferents perfils de resposta segons les necessitats de la xarxa. A més, es poden desplegar ràpidament, sense necessitat de grans obres ni instal·lacions pesades.

Tanmateix, també hi ha reptes. Perquè la inèrcia sintètica funcioni correctament, els sistemes han d’estar molt ben sincronitzats i coordinats. Si molts convertidros responen a la vegada sense control centralitzat, poden provocar oscil·lacions o respostes massa agressives. És per això que els gestors de les xarxes elèctriques estan desenvolupant estàndards i protocols específics per integrar aquesta nova forma d’estabilitat.

En resum, la inèrcia sintètica és com una versió digital de la vella força mecànica que mantenia la xarxa estable. No té pes ni gira, però pot actuar igual o fins i tot més ràpid. És una de les peces fonamentals per fer que una xarxa plena de renovables sigui tan segura com ho era una basada en combustibles fòssils.

Ramon Gallart