Integración técnica de energía eólica en la red

El incremento de la generación eólica en las redes eléctricas supone un reto económico y técnico a fin de garantizar una operación segura y económica de las redes. En la entrega anterior se describieron algunos aspectos referentes a los modelos económicos para garantizar mecanismos financieros en energías renovables. En esta entrega se tratarán algunos aspectos técnicos que son relevantes para la operación óptima de la generación eólica.

Desde hace 20 años, la producción de energía por medio de turbinas eólicas se ha incrementado en 100 veces e igualmente a la espera de incrementos posterior (aprox. 5 veces más) motivo de la introducción de turbinas de 5 MW (más grandes en el mercado por ahora).

Esto implica que la cantidad de turbinas necesarias para cubrir una demanda energética específica ha disminuido. Sin embargo, paralelo a esto, los operadores de redes requieren más autonomía y seguridad de parte de las turbinas y su agrupación en parques eólicos. Estos requerimientos convierten a las turbinas eólicas en una nueva unidad de generación conocida como Planta de Generación Eólica análoga a la generación convencional (por ejemplo, térmica, gas).

Dentro de estos requerimientos se encuentra la posibilidad de que el parque de generación eólica sea capaz de ofertar al mercado una generación estimada a priori y cumplir con dicha estimación como lo hace la generación convencional.

Es decir que la generación producida pueda ser en gran medida controlada.

El reto tecnológico implica que la fuerza motriz de la energía eólica es el viento y por consecuencia es dependiente del clima. Por tal razón, se acusa frecuentemente a la generación eólica de ser de naturaleza fluctuante e intermitente.

Sin embargo, dichas fluctuaciones se regulan por medio del uso del principio de homogenización (smoothing-effect) a través del cual mediante la agregación de turbinas y parques eólicos se contrarresta dicho efecto.

Esto da lugar a la operación de energía eólica (generación e intercambio) a nivel de regiones (tamaño dependiente de los análisis) dentro de un sistema a fin de aprovechar al máximo dicho efecto.

Además, la salida de la generación de las turbinas eólicas está constantemente regulada a través de sistemas de control y electrónica de potencia para emular un funcionamiento al gobernador interno de una turbina operada por combustión.

A través de la implementación de convertidores y controladores electrónicos de potencia en los sistemas de generación eólico, es posible cumplir con los requerimientos de las redes eléctricas en tiempo real.

Por ejemplo, la reducción de la producción se puede lograr a través del cambio de ángulo de las palas de las turbinas. Igualmente, requerimientos más complejos como el control de voltaje y otros parámetros que influyen en la calidad del suministro eléctrico pueden ser hoy perfectamente controlados.

En Europa, especialmente en países que manejan grandes capacidades de energía eólica se imponen cada vez requisitos técnicos a este tipo de tecnología. Se habla entonces de requisitos de conexión a red para generadores eólicos y es allí donde estos tipos de avances toman relevancia.

Sin capacidad de controlabilidad de la generación eólica, los planes de expansión eólica serían imposibles por presentar esto un riesgo a la operación segura de las redes.

Por ejemplo, uno de los requerimientos más exigentes implica que las turbinas y parques no se pueden desconectar de la red en caso de haber caídas de tensión dentro de las mismas.

Con generación producidas en el orden de los GW (1000xMW) una desconexión súbita implicaría “huecos de generación en el sistema” análogos al encendido y apagado de varias centrales nucleares.

Paralelamente, se desarrollan proyectos o modelos de investigación en el cual se busca optimizar la generación eólica con otras fuentes renovables. Por ejemplo, según la previsión climática (e igualmente pronósticos de generación) se puede programar el despacho energético de la energía eólica, en conjunto con la energía solar.

Las turbinas hidráulicas y las operadas por biomasa podrían cubrir la demanda base y servir a como elementos de balance en el sistema.

También las tecnologías involucradas con el almacenamiento (baterías) tomarán relevancia dentro de la implementación de dicha matriz energética.

Se habla entonces de zonas 100% abastecidas por energías renovables.

Para el futuro, se considera, dentro de proyectos de investigación, el efecto del futuro crecimiento de autos eléctricos en el sistema. Se puede hablar ahora de estaciones de servicios para cargar las baterías de dichos autos por medio de sistemas de baterías cargadas por energía eólica y solar.

Los retos para alcanzar los niveles de controlabilidad necesarios para asegurar una operación segura y óptima han sido alcanzados por los avances en las áreas de investigación y desarrollo en este tema.