Tras la reciente conferencia COP26, se ha aceptado ampliamente que la cooperación internacional es una necesidad, en lugar de una opción para el cambio climático. Para marcar la diferencia e implementar una estrategia neta cero, los países deben comenzar a trabajar juntos y adoptar las tecnologías innovadoras disponibles a nivel mundial.
Dentro del Reino Unido, es evidente que se necesitan tecnologías de red de corriente continua más confiables y eficientes. Para acercarse a su objetivo de cero emisiones netas, parece probable que el Reino Unido necesite la ayuda de tecnologías y desarrollos revolucionarios de infraestructura energética, como la corriente continua de alto voltaje (HVDC) y las turbinas eólicas inteligentes.
De hecho, hallazgos recientes han sugerido que la adopción de un enfoque integrado para todos los proyectos costa afuera entregados para 2025 podría ahorrarles a los consumidores alrededor de £ 6 mil millones, lo que representa el 18 por ciento del capital total y los gastos operativos entre ahora y 2050.
El poder de las redes inteligentes
Muchos creen que se necesitan macrorredes inteligentes, ya que permiten que la energía renovable se agregue mejor y se adapte a la demanda. Estas grandes redes conectan regiones que son potencialmente tan grandes como varios países. Se controlan a través de tecnología avanzada como los sistemas de telecomunicaciones y deben basarse en la distribución del sistema de transmisión de CC de ultra alto voltaje (UHVDC), que puede transportar la energía a largas distancias con pérdidas menores.
Actualmente, hay dos sistemas UHDVC en Brasil, dos proyectos en India y veinte en China. A nivel mundial, hay varios fabricantes, tanto dentro como fuera de China, que pueden fabricar UHVDC. La Universidad de Birmingham ha tenido un avance reciente con un proyecto que puede mejorar la confiabilidad de las tecnologías UHVDC y HVDC; a su vez, esto contribuiría a los sistemas de suministro de energía eficientes, confiables y económicos a nivel regional y mundial.
Existe cierta incertidumbre sobre si los centros de datos son el problema de la demanda de redes inteligentes o la solución. Los centros de datos consumen alrededor de 200 a 500 TWh de energía por año, según una estimación del Uptime Institute, que el afiliado de Uptime, David Mytton, citó en Nature Partner Journal Clean Water en febrero de 2021.
Es probable que la pandemia de Covid-19, junto con las estrategias de digitalización en todo el mundo, signifique que este consumo de electricidad experimente un aumento significativo para 2030. Por lo tanto, los centros de datos han estado contribuyendo al problema de la demanda, pero los algoritmos inteligentes para programar las demandas de energía de los datos los centros podrían reducir la demanda y contribuir al control y los servicios de la red inteligente.
Un enfoque renovable
Un enfoque integrado a menudo utilizará tecnologías de corriente continua de alto voltaje para lograr flexibilidad y eficiencia para el suministro y las conexiones de energía eólica marina. Actualmente hay dos tipos diferentes de alto voltaje que incluyen tecnologías de convertidor de corriente continua que se utilizan: estos son HVDC basado en convertidor de fuente de voltaje y HVDC basado en convertidor de línea conmutada.
El HVDC basado en convertidor de fuente de voltaje tiene un par de ventajas, entre ellas, ser menos vulnerable a fallas de corriente alterna y una menor probabilidad de falla de conmutación en los inversores. Esto da como resultado un control de voltaje reactivo de las estaciones convertidoras, así como un control dinámico rápido de potencia reactiva y voltaje de corriente alterna. Sin embargo, también tiene algunas desventajas, como una menor capacidad de potencia, una mayor pérdida de potencia, mayores costos de inversión y una mayor vulnerabilidad a las fallas de corriente continua.
El HVDC basado en conversión de línea conmutada tiene el complemento que incluye mayor capacidad de potencia, menor pérdida de potencia, tecnología madura, falla de corriente continua manejable y menores costos de inversión. Las desventajas incluyen ser más vulnerable a fallas de corriente alterna, fallas de comunicación en los lados del inversor y un gran consumo de energía en las estaciones convertidoras.
Ambas tecnologías ofrecen una serie de ventajas y desventajas. Un factor común entre ellos es que existen problemas de confiabilidad para ambas tecnologías. Se necesitan disyuntores de corriente continua para HVDC basado en convertidor de fuente de voltaje para resolver esto, lo que aumentará el costo de inversión.
Ambas tecnologías permiten que la energía eólica marina se integre y conecte con los países vecinos, lo que significa que estos avances pueden generar oportunidades interesantes. Por ejemplo, el trabajo de investigación y desarrollo podría dar lugar a tecnologías más fiables y rentables. Esto, a su vez, podría estimular el trabajo en dispositivos electrónicos de potencia, como el transistor bipolar de puerta aislada y el tiristor conmutado de puerta integrada, que pueden atraer más oportunidades de inversión.
La evolución de los aerogeneradores inteligentes
La integración de la generación eólica y su uso para reemplazar las centrales eléctricas tradicionales de combustibles fósiles está creando un desafío fundamental de estabilidad de frecuencia con la red eléctrica en el Reino Unido. Esto es el resultado de reducir la inercia del sistema al hacer que el sistema sea "más liviano" y aumentar la tasa de cambio de frecuencia con la interrupción de los generadores de energía.
Por ejemplo, un corte de energía que ocurrió en agosto de 2019 provocó apagones en Midlands, sureste, suroeste, noroeste y noreste de Inglaterra y Gales. Este incidente fue provocado por dos pérdidas de energía inesperadas que fueron casi simultáneas, en Hornsea y Little Barford debido a la caída de rayos. Este es un excelente ejemplo de los desafíos al operar el futuro sistema eléctrico de baja inercia.
En el futuro, será más importante encontrar una forma efectiva de usar sistemas de turbinas, que puedan proporcionar y mantener una estabilidad y regulación de frecuencia efectivas. Existen métodos en los que las turbinas eólicas pueden regular la electricidad y brindar un apoyo constante, pero debido a las velocidades variables del viento y otras condiciones del sistema, estos no siempre son confiables. A medida que se integran más turbinas eólicas en el sistema, se vuelve cada vez más difícil mantener el sistema estable, mientras se equilibra la oferta y la demanda. Las caídas de frecuencia en la red eléctrica ocurren rápidamente y de manera más severa, en comparación con la tasa de tales problemas antes de que la generación eólica se convirtiera en un elemento tan importante de la generación de electricidad.
Podemos esperar una estrategia de control de sistema "inteligente" que controle el almacenamiento y la liberación de energía de las turbinas eólicas, en las que las palas de las turbinas eólicas se consideran grandes sistemas de almacenamiento de volante. Esto reducirá el riesgo de cortes de energía y apoyará el aumento del uso de la energía eólica en todo el mundo. Se necesita más investigación y desarrollo para demostrar estos sistemas de control de aerogeneradores inteligentes emergentes, pero el desarrollo de nuevas soluciones como esta puede dar como resultado que la futura red eléctrica sea más flexible, segura y eficiente.
En general, es evidente que estas tecnologías confiables y eficientes allanarán el camino para la infraestructura en todo el Reino Unido. Aunque existen numerosas ventajas e inconvenientes, los métodos innovadores proporcionarán un apoyo constante al desarrollo en su conjunto. Las tecnologías pioneras como HVDC revolucionarán rápidamente nuestro enfoque para lograr cero emisiones netas para 2030.