El problema de las energías renovables del que nadie habla

El problema de las energías renovables del que nadie habla

Comentario

Una barrera obvia para la adopción de energía eólica y solar para el suministro de electricidad es su intermitencia: cuando el viento no sopla y el sol no brilla, se requieren fuentes sustitutas. Este tema recibe mucha atención por parte de los medios conservadores, como debería ser.

Sin embargo, uno de los obstáculos menos conocidos para estas tecnologías renovables es el control de frecuencia, aunque se convierte en una preocupación crítica mucho antes.

Desde la década de 1890, las redes eléctricas y los dispositivos de todo el mundo han utilizado sistemas de corriente alterna (CA), lo que significa que el flujo de electricidad en el sistema cambia de dirección repetidamente.

En Australia alterna 50 veces por segundo, es decir, a una frecuencia de 50 Hertz (en USA es de 60 Hertz).

El suministro de electricidad a una frecuencia constante es muy importante porque los electrodomésticos y los dispositivos electrónicos de la red están diseñados para una entrada de voltaje/frecuencia específica. Por lo tanto, pueden dañarse por un suministro eléctrico incorrecto.

Por regla general, las redes preferirían no suministrar electricidad a suministrar electricidad de mala calidad. Los controles automatizados a través del sistema eléctrico desconectarán el suministro si la frecuencia o el voltaje están «fuera de especificación».

Foto de la época
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Un técnico monitorea los niveles de electricidad frente a una pantalla gigante que muestra la red de transmisión de electricidad del este de Alemania en el centro de control de Neuenhagen bei Berlin, Alemania, el 17 de diciembre de 2015. (Sean Gallup/Getty Images)

Los australianos del sur no olvidarán pronto cuando esto le sucedió a toda la red estatal en 2016. El apagón en todo el estado comenzó a última hora de la tarde durante algunas condiciones climáticas adversas, y miles de personas tuvieron que salir de la ciudad sin luces ni señales de tránsito. .

Hubo una variedad de causas que contribuyeron, incluidas ráfagas de viento que derribaron algunas líneas de transmisión y un rayo en una central eléctrica.

Después de esas causas físicas, los sistemas de protección automatizados tomaron el relevo. Los aerogeneradores se desconectaron de la red. El sistema, naturalmente, comenzó a extraer más carga de todos los suministros restantes, lo que maximizó la capacidad del interconector al resto de la red de la costa este, que en consecuencia se desconectó.

A partir de ese momento, los apagones cayeron en cascada por toda la red. Todo esto sucedió en menos de un segundo.

El potencial de un apagado en cascada nunca puede eliminarse por completo; Los sistemas de protección automatizados deben tomar decisiones a una velocidad que impida cualquier intervención humana.

Sin embargo, la vulnerabilidad de todo el sistema puede variar, y el aumento de las energías renovables intermitentes contribuye a disminuir la estabilidad del sistema.

Generadores Tradicionales vs Renovables

Los generadores tradicionales usan turbinas: turbinas de vapor, turbinas de ciclo abierto y turbinas de agua (hidroelectricidad). Estos equipos se denominan “síncronos” porque la frecuencia de la electricidad que producen está directamente ligada a la velocidad a la que giran los ejes de las turbinas.

Debido a que estas máquinas son grandes y pesadas, lleva tiempo y energía acelerarlos o ralentizarlos, lo que significa que la frecuencia de la electricidad no puede cambiar demasiado rápido. Esto se llama “inercia”.

Como puede imaginar, los paneles solares, al no tener partes móviles, no proporcionan inercia. Coinciden con cualquier frecuencia que ya esté en el sistema; no ayudan a estabilizarlo.

Las turbinas eólicas, aunque tienen grandes componentes giratorios, cambian de velocidad todo el tiempo simplemente debido a las condiciones del viento. Por lo tanto, no están diseñados para sincronizarse con la red de CA. Por lo que tampoco aportan inercia.

Si un sistema no tiene inercia, entonces, en lugar de responder suavemente a un cambio en la carga, la frecuencia puede agitarse como un ciclista que sufre oscilaciones de velocidad (cualquier motor puede tener el mismo problema si no tiene un volante lo suficientemente pesado).

Foto de la época
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Las ovejas pastan frente a las turbinas eólicas en el lago George, en las afueras de Canberra, Australia, el 1 de septiembre de 2020. (David Gray/Getty Images)

Después del apagón de 2016, seguridad energética ganó el lugar que le corresponde como la máxima prioridad durante unas breves y gloriosas semanas.

El gobierno de Australia del Sur tomó un paquete de acciones durante los dos años siguientes, incluida la instalación de una batería a gran escala (tras la promesa de Elon Musk de construirla en 100 días o proporcionarla de forma gratuita), la construcción de una nueva central eléctrica a diésel y brindar incentivos para la exploración y producción de gas natural.

Adicionalmente, se instalaron dos condensadores síncronos. Los condensadores síncronos son ejes giratorios grandes y pesados, similares a los que contiene una turbina, pero no producen electricidad, solo ayudan a estabilizar la frecuencia de la red.

En los años siguientes, cada una de estas respuestas fue reivindicada. El generador diesel se ha utilizado en varios momentos críticos. También se descubrió que el valor principal de la batería a gran escala era estabilizar la red.

Aunque almacena comparativamente poca energía, la batería responde rápidamente a las fallas que se originan en cualquier parte de la red de la costa este, incluso en Queensland. Desde entonces, ha sido programado para proporcionar «inercia virtual».

La tecnología para una red 100% renovable aún no está aquí

Los avances en tecnología y gestión de redes han significado que las energías renovables pueden proporcionar porciones más grandes y significativas del suministro sin desestabilizar inaceptablemente la frecuencia de la red.

Sin embargo, sigue siendo cierto que casi ningún sistema puede permitirse el lujo de operar con energías 100 por ciento renovables sin mantener en línea al menos algunos generadores rotativos tradicionales.

Los generadores eólicos y solares a menudo se apagan o «reducen», incluso cuando todavía hay algunos generadores de gas o carbón activos. El operador de la red no puede darse el lujo de apagar los generadores síncronos sin perder el control de la frecuencia.

En el Territorio del Norte, que tiene una red eléctrica independiente, alrededor de 60 MW de parques solares se han construido y, sin embargo, nunca se han encendido porque el sistema no puede acomodarlos.

Aunque el apagón de 2016 desencadenó una serie de mejoras en la red de Australia Meridional, la seguridad energética sigue estando peligrosamente al final de la lista de prioridades de los gobiernos australianos.

Las acciones importantes que respaldan la seguridad energética, como la construcción del generador de picos Kurri Kurri en Nueva Gales del Sur, a menudo enfrentan la oposición de los medios y los políticos.

Foto de la época
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Los visitantes se reúnen para ver las instalaciones de luces en el puerto de Sydney al comienzo del festival Vivid Sydney en Sydney el 24 de mayo de 2019. Vivid Sydney es un festival cultural al aire libre que presenta instalaciones de luces y proyecciones. (Saeed Khan/AFP vía Getty Images)

Varias veces, Australia se ha acercado peligrosamente a otro cierre en cascada. Se han producido incidentes en redes más pequeñas, pero no lograron llamar la atención nacional, como el cierre de Alice Springs en 2019, en el que la red de Australia central se cerró durante varias horas simplemente debido a una cubierta de nubes imprevista.

Un ejemplo reciente de casi accidente ocurrió a fines de noviembre de 2022. Durante un evento meteorológico importante, la línea de transmisión principal que conecta el sur de Australia con el resto de la costa este se rompió cerca de Tailem Bend.

La red eléctrica de Australia Meridional se convirtió en una isla. Para la estabilidad del sistema, varios generadores giratorios debían permanecer en línea. Sin embargo, la cantidad de energía solar que el estado puede generar durante el día puede exceder la demanda. El operador de la red necesitaba reducir más la generación solar de la que tiene control directo.

En respuesta, el operador del mercado comenzó a llamar a los proveedores de energía solar detrás del medidor y a usar las redes sociales para pedirles a los propietarios de paneles solares comerciales y residenciales que apagaran sus paneles. Gracias a estas llamadas telefónicas, lograron apagar aproximadamente la mitad de la energía solar del sur de Australia y así evitar otro apagón.

El sistema era muy vulnerable, pero todo el evento apenas apareció en las noticias de la noche.

A pesar de la falta de tracción de esa noticia, los medios celebraron en voz alta un hito bastante insignificante un mes después, cuando la generación de energías renovables del estado alcanzó el 100 % de la demanda durante 10 días, lo que hubiera sido imposible sin exportar la mayor parte de la generación a los estados vecinos.

Parece que hasta que se apaguen las luces, los decisores mantendrán la mirada fija en el espejismo renovable.

Existen múltiples razones por las que las energías renovables no son una simple panacea para el suministro de electricidad en todo el mundo: el problema de la dependencia del clima, el problema del almacenamiento de energía, el problema del reemplazo y reciclaje al final de su vida útil, el problema de la superficie terrestre, los materiales de -Problema de la construcción y la escasez.

Ahora puede agregar el problema del control de frecuencia a su lista.

Las opiniones expresadas en este artículo son las opiniones del autor y no reflejan necesariamente las opiniones de The Epoch Times.

castillo de pedro

Peter Castle es un ingeniero mecánico con amplia experiencia en las industrias de petróleo y gas, energía y otros procesos.

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