Por Zaki Slgini, director general global de Piller Power Systems
La transición de la infraestructura energética mundial es el producto de una combinación de electrificación masiva, un rápido movimiento hacia el dominio de las energías renovables y un cambio en la forma en que consumimos energía para minimizar el desperdicio.
Esto está sucediendo en medio de la creciente demanda de la industria. Para 2050, se espera que los 40 000 TWh de electricidad utilizados por el planeta se generen predominantemente a partir de fuentes renovables, incluidas la eólica, la solar, la biomasa y la nuclear.
Según la investigación, cada año la industria es el mayor usuario individual de electricidad en la tierra. Statista informa que la industria representó más del 41 por ciento de la electricidad utilizada en 2018. ( Statista)
La Administración de Información de Energía de EE. UU. dice que: “El sector industrial utiliza más energía entregada que cualquier otro sector de uso final, consumiendo alrededor del 54 por ciento de la energía entregada total del mundo. El sector industrial se puede clasificar en tres tipos distintos de industria: manufactura intensiva en energía, manufactura no intensiva en energía y no manufacturera”.
Cualquier industria que utilice un sistema de energía que dependa principalmente de centrales eléctricas de 500 MW a 5 GW, acoplado a una red heredada que impulsa la electricidad a largas distancias, con las grandes pérdidas relacionadas, sabe que debe buscar alternativas.
Los usuarios con requisitos de 100MW-300MW necesitan independencia energética y seguridad energética incluso cuando buscan un camino hacia el cero neto.
Están recurriendo a la generación de energía local entregada a través de microrredes de más de 100MW. Hoy en día, dichos desarrollos se están discutiendo, modelando, planificando y construyendo.
Oportunidades de desarrollo
Algunas microrredes operarán con suministro de red y otras sin él.
La oportunidad es construir microrredes a escala industrial que se integren con las redes existentes o que operen de manera independiente.
Rellenarán la brecha entre las grandes salas de turbinas remotas tradicionales y la dependencia actual del respaldo de energía local en el sitio para aplicaciones específicas.
En la actualidad, todos los sectores industriales que consumen mucha energía están evaluando sus opciones de microrredes. Estos incluyen centros de datos, fabricantes, procesos, transporte y energía en sí.
Esta tendencia es mundial. Se están considerando alternativas de cableado privado a las redes nacionales a gran escala en territorios con redes establecidas y relaciones maduras entre generadores y DSO (Operadores de sistemas de distribución) y TSO (Operadores de sistemas de transmisión) y en economías en desarrollo donde el desarrollo de redes utilizando microrredes se está estableciendo para alcanzar remotas, rurales y otras comunidades.
Desafíos de desarrollo
Los desafíos para el desarrollo de microrredes son tanto técnicos como económicos.
Los desafíos técnicos incluyen la necesidad de acondicionamiento de energía, estabilización de voltaje y frecuencia.
En este nivel, los requisitos principales para un sistema de estabilización son reaccionar rápidamente a las fluctuaciones de potencia activa y corregirlas para que la frecuencia se mantenga en un valor constante.
El sistema debe asegurar potencia reactiva a corto plazo bajo demanda y así mantener la tensión en un valor constante para la carga.
Por por poner un ejemplo, mantener una frecuencia constante es vital. Los cambios de frecuencia ocurren tanto cuando se genera demasiada energía excedente como cuando se genera muy poca. Las fluctuaciones en la generación de energía tienen un gran efecto en el balance de potencia activa de la red y, por lo tanto, con frecuencia conducen a fluctuaciones de frecuencia. Las fuentes de energía (una red principal, un gran grupo electrógeno o un sistema renovable) y sus sistemas de control, por lo general, no pueden ajustar la potencia de salida a la nueva situación (como perturbaciones o una demanda de carga que aumenta y disminuye rápidamente) dentro de unos pocos segundos, por lo que se necesitan sistemas de estabilización de acción rápida para restablecer rápidamente el equilibrio de potencia y con él la frecuencia.
Esta puerta de red actúa como un "estrangulador" que ofrece muchas posibilidades para que el subsistema importe o exporte energía y gestione la salida.
Conclusión
Factores como la regulación, la planificación, la geografía, la disponibilidad de energía, el acceso a las energías renovables, la estabilidad y la capacidad de la red existente, la naturaleza de la aplicación y la carga del caso de uso... (la lista continúa) significan que no habrá un tamaño o una opción de diseño que encaje todo.
La gama de partes interesadas involucradas y los factores complejos no están haciendo nada para frenar la creciente tendencia de los usuarios comerciales, industriales y de centros de datos que buscan fuentes de electricidad alternativas que sean independientes del suministro de red tradicional. Los proyectos de microrredes de 100MW a 300MW se están convirtiendo en parte de la infraestructura industrial crítica.
En algunos lugares, se están implementando grandes generadores preparados para hidrógeno para la carga base primaria. En otros lugares, las grandes empresas de tecnología están construyendo microrredes para suministrar centros de datos que están directamente conectados a parques solares y eólicos o están ejecutando microrredes alimentadas con gas natural renovable de biomasa. Es poco probable que una operación minera remota que necesita 300 MW de potencia tenga la opción de conectarse a una red confiable.
Ya sea que la carga se encuentre en una planta industrial, una gran mina, una planta de procesamiento o una instalación de infraestructura digital, ya sea que esté conectada a una red existente o que opere de manera independiente, ya sea que use grupos electrógenos y baterías o energías renovables y celdas de combustible, los usuarios saben que necesitan llenar el 100 -Brecha de potencia de 300MW con suministro confiable y estable.
Entre estas variables lo que está claro es que el futuro del suministro eléctrico industrial es local.
Lo que se puede afirmar con confianza es que para llenar con éxito la brecha, cualquier diseño de microrred a escala industrial debe poder garantizar la estabilidad de la frecuencia y el voltaje.