Dos ingenieros instalando un panel solar. Omicrono
Cómo evitar un nuevo gran apagón
Gracias a nuevas tecnologías de generación y almacenamiento, las redes eléctricas podrán ser más resilientes, limpias, autónomas y, además, capaces de garantizar un suministro fiable.
Partimos de que la electricidad es una energía que no se produce en el mismo lugar en que se consume. Por tanto, necesita una red de transporte.
Por otro lado, es una energía que no se almacena (luego veremos cómo sería posible almacenarla). Por tanto, para que la red esté en equilibrio, la producción y el consumo deben estar compensados en todo momento.
La producción por las centrales generadoras debe ser la misma que la que consumen industrias, particulares, iluminación pública, transporte, etcétera. Esto obliga a que todos los nudos de generación o consumo estén sincronizados, vibren al mismo ritmo.
Cuando tal cosa no ocurre se produce una sobrecarga o un déficit de carga en la red. Y, para que el problema no perturbe al conjunto, el nudo causante de la anomalía debe desconectarse. De esto se encargan normalmente los automatismos.
Tal desconexión supone, si es un nudo de carga el que está introduciendo el exceso de energía, que la producción que por él llega no accede a la red, la central se para y se elimina la sobrecarga. Por el contrario, si es un nudo de consumo, la desconexión supone que el territorio que depende de él se queda a oscuras.
Pedro Sánchez y la ministra Sara Aagesen, reunidos con Red Eléctrica tras la jornada del apagón.
Cuando la planta generadora o el territorio que se desconectan no son de gran importancia, la red se reequilibra. Se reordena la generación en más o en menos tiempo, y los nudos antes aislados se reincorporan.
Pero cuando el exceso de generación o la demanda son muy grandes, pueden ser varios los nudos que se desconecten simultáneamente. Esto es difícilmente corregible por los automatismos, por lo que puede producirse una reacción en cadena y desconectarse toda la red.
Supongamos ahora que los citados nudos son los instrumentos de una orquesta sinfónica. Para que suene bien, todos los instrumentos deben estar afinados y seguir el mismo compás. En electricidad, ese "compás" es la frecuencia de la red, que en Europa debe mantenerse muy cerca de los 50 Herzios (50 vueltas por segundo).
Si en algún momento se incorpora un nuevo instrumento (una nueva planta generadora), el director de la orquesta debe asegurarse que actúe siguiendo el mismo compás. El "director" encargado de mantener el compás es Red Eléctrica Española.
Los generadores tradicionales (dínamos hidráulicas, dínamos de gas o de carbón, o dínamos movidas por energía nuclear) son máquinas muy pesadas, con un gran momento de inercia rotacional que actúa de amortiguador y frena los cambios bruscos de frecuencia. Tales turbinas muy raramente se desfasan. Es decir, los rotores de las turbinas marcan siempre el mismo compás, por decirlo así.
No es el caso de los aerogeneradores o de las placas solares. Ambos sistemas no están conectados a la red a través de los ejes giratorios de los rotores, sino mediante convertidores electrónicos de potencia GFoll (grid following: "siguen la red").
Se trata de dispositivos muy eficientes para seguir el ritmo de la orquesta, pero no crean el ritmo por sí mismos. No aportan inercia de forma natural, no crean el compás. De ahí que, si la red depende mayoritariamente de renovables, cualquier desequilibrio puede provocar caídas de frecuencia más rápidas y peligrosas. Porque no hay un cuerpo mayoritario de la orquesta que marque el compás.
"La implementación de tecnologías 'grid forming' y de inercia sintética es una condición imprescindible para alcanzar sistemas eléctricos 100% renovables sin comprometer su seguridad"
¿Esto tiene que ser necesariamente así?
No. Como hemos dicho, los convertidores solares o eólicos funcionan en modo grid following (siguen la red). Es decir, detectan la frecuencia existente en la red y se sincronizan con ella, como un músico que se suma a una orquesta ya afinada.
Pero en el caso de que no haya orquesta, si no hay centrales convencionales que marquen el ritmo, existen nuevos prototipos de convertidores llamados GFor (grid forming: formadores de red) que son capaces de crear esa señal de frecuencia de forma autónoma.
Se comportan como un director de orquesta que marca el compás desde el principio. Estos convertidores establecen una referencia de tensión y frecuencia a la que otros dispositivos pueden acoplarse. Es una capacidad clave para mantener estable el sistema cuando las renovables dominan la generación.
Otra solución experimental son los generadores de Inercia Sintética. Se trata de una funcionalidad que permite a los convertidores electrónicos imitar el comportamiento de una máquina giratoria. Aunque no tengan masa en movimiento, mediante algoritmos pueden detectar caídas de frecuencia y responder inyectando potencia casi instantáneamente, como lo haría una turbina pesada.
Podemos pensarlo como un coche eléctrico con dirección asistida que, gracias a sensores y software, reacciona como si su motor tuviera una gran masa mecánica giratoria, aunque en realidad no la tenga. Es una inercia virtual, pero muy efectiva.
La implementación de tecnologías grid forming y de inercia sintética no es solo un reto técnico: es una condición imprescindible para alcanzar sistemas eléctricos 100% renovables sin comprometer su seguridad.
"Sin nuevas tecnologías, una red eléctrica dominada por renovables no podrá mantenerse estable ni responder a los cambios súbitos de consumo o generación"
En otras palabras, si las renovables son el alma de la transición energética, el grid forming y la inercia sintética son su sistema nervioso. Sin ellos, la red no podría mantenerse estable ni responder a los cambios súbitos de consumo o generación.
El grid forming y la inercia sintética representan una evolución tecnológica comparable a pasar de relojes de cuerda a relojes digitales. No sólo mantienen el ritmo: lo crean, lo miden con precisión y lo ajustan en tiempo real.
Gracias a estas tecnologías, las redes eléctricas podrán ser más resilientes, limpias y autónomas. En definitiva, capaces de garantizar un suministro fiable.
El problema actual es que estos sistemas no están integrados aún en las renovables españolas que se construyeron para dar energía barata con inversiones mínimas.
Otra vía de mejora de la red eléctrica es el referente al almacenamiento de energía eléctrica, que puede darse por dos sistemas. Uno directo, las baterías, y otro indirecto, las centrales hidráulicas reversibles.
Las baterías industriales son elementos muy pesados, que necesitan grandes extensiones y dependen en gran medida de la obtención de Litio.
La minería española del litio está vetada por los ecologistas.
Las centrales hidráulicas reversibles actúan mediante la existencia de dos depósitos, embalses, de agua situados a distinta altura. Cuando hay un exceso de producción en el sistema, las máquinas actúan como bombas eléctricas que elevan el agua del embalse inferior al superior, y cuando hay demanda el ciclo se invierte, el agua desciende invirtiendo el ciclo de la máquina que ahora actúa como turbina.
En España tenemos algunas (pocas) pequeñas centrales reversibles aprovechando lagos pirenaicos y una mayor en el río Guadalhorce.
No están bien vistas por los ecologistas.
*** Carlos Prieto es geólogo.
