Los cinco desafíos a los que se enfrentan los operadores eléctricos

Las entidades que controlan y operan la columna vertebral de nuestro sistema eléctrico, los operadores del sistema de transmisión (TSO, también conocidos como TNSP, TO o TNO en diferentes mercados, se enfrentan a un momento único en la industria. Los órganos de gobierno tanto nacionales como regionales están estableciendo políticas climáticas más ambiciosas. La Comisión Europea ha propuesto aumentar el objetivo de electricidad renovable al 65% para 2030, mientras que la actual administración de los EEUU tiene como objetivo lograr electricidad 100% libre de contaminación por carbono para 2030, con al menos la mitad proveniente de fuentes de energía limpia. En estos niveles, habrá períodos prolongados en los que toda la electricidad en la red eléctrica será generada por recursos renovables y bajos en carbono.

Esto requerirá cambios monumentales en la forma en que los TSO planifican y operan sus sistemas. Deben mantener la confiabilidad completa del sistema de energía incluso cuando las tecnologías de generación, los flujos de energía y los procedimientos operativos experimentan cambios fundamentales; no hacerlo puede tener consecuencias devastadoras para el sistema, incluidos apagones.

Para los TSO, hay mucho en juego: el ritmo al que pueden adaptar los sistemas para adaptarse a estos cambios, cambios que solo se acelerarán en los próximos años, determina el ritmo al que descarbonizamos el sector eléctrico a nivel mundial y la medida en que podemos mantener las temperaturas globales superen los 1,5 ℃. Con la transición energética viene un conjunto de desafíos y oportunidades a los que se enfrentan los TSO: rediseñar un sistema de energía más flexible, eficiente y resistente mientras se aceleran los esfuerzos de descarbonización.

Los expertos de Fluence Julian Jansen y Jon Newman han analizado de cerca los cinco mayores desafíos a los que se enfrentan los TSO ahora y en el futuro cercano, cómo se pueden resolver y las oportunidades que presenta cada uno.

1.- Intermitencia y congestión

Una combinación cambiante de recursos de generación, junto con nuevos impulsores de la demanda, está creando una serie de desafíos de oferta y demanda. Si bien nuestra red eléctrica existente se basa en plantas de energía centralizadas a gran escala, la red está pasando rápidamente a una generación más distribuida y renovable. La energía solar, eólica e hidroeléctrica están ubicadas donde el recurso natural del que dependen es más abundante y económico, lo que a menudo empuja los activos de generación más lejos de los centros de carga y hacia nuevas regiones con una infraestructura de transmisión existente limitada.

Como resultado, pueden producirse cuellos de botella en las redes eléctricas, lo que en algunos casos provoca que los proyectos solares y eólicos se vean reducidos porque su producción no puede llegar a los centros de carga.

Esta tendencia es visible en todo el mundo, desde Alemania hasta India, desde Chile hasta Australia. El estado de Nueva York brinda un ejemplo particularmente vívido de esto: casi el 60 % de la demanda del estado proviene de la ciudad de Nueva York, que hasta hace poco era satisfecha en gran medida por plantas de combustibles fósiles en la ciudad y sus alrededores. A medida que se reemplazan por plantas hidroeléctricas, parques eólicos y plantas solares, el suministro de energía se aleja más de la fuente de demanda, ejerciendo más presión sobre el sistema de transmisión para transportar volúmenes de electricidad para los que nunca fue construido.

2.- Debilitamiento de la estabilidad del sistema

Durante el siglo pasado, las centrales eléctricas han quemado combustibles fósiles para producir vapor que hace girar enormes turbinas. Estas turbinas están conectadas a generadores que convierten la energía de rotación en electricidad, que luego se transmite a través de la red eléctrica. Como efecto secundario de su movimiento continuo, estas masas giratorias también proporcionan inercia instantáneamente, ofreciendo una respuesta automática y dinámica a las condiciones cambiantes del sistema, como desviaciones en la frecuencia y el voltaje. Esta respuesta les permite detener cambios peligrosos hasta que otros activos puedan aumentar y responder a perturbaciones graves en la red.

A medida que las plantas convencionales se reemplazan por fuentes con interfaz de inversor, como la solar, la eólica y los enlaces de corriente continua de alto voltaje que no agregan inercia al sistema, los TSO se enfrentan a la realidad de que es posible que no haya una cantidad suficiente de inercia inherente libre disponible. cuando sea necesario. Eso puede volverse especialmente evidente durante los períodos en los que la combinación de energía renovable en la red es mayor o la carga es menor. Esto cambiará la forma en que los TSO evalúan las soluciones para mantener la solidez y la estabilidad del sistema, aumentando la necesidad de nuevos servicios de control de voltaje inercial, de frecuencia rápida y dinámico.

3.- Visibilidad reducida de los activos de la red

La proliferación de recursos de energía distribuida (DER) conectados al sistema de distribución y detrás de los contadores de los clientes está oscureciendo la visión de los TSO de las actividades de generación en sus redes. Los rápidos aumentos en los despliegues de DER se están volviendo cada vez más comunes, con innumerables ejemplos como el de España que aumentó su MW de energía solar distribuida en un 30 % con respecto al año anterior.

A medida que aumentan las cuotas de DER, los TSO deben mantener la frecuencia de la red dentro de parámetros operativos seguros en medio de una visibilidad reducida de la carga y la generación en la red. Por el lado de la generación, los TSO ya no pueden anticipar la generación de energía mirando un puñado de grandes activos; deben colaborar más estrechamente que nunca con los Operadores de Sistemas de Distribución (DSO) para identificar numerosos DER pequeños y medianos que salpican su red. Hacerlo con éxito también permitirá a los TSO capitalizar el exceso de energía que muchos de los propietarios de estos DER están ansiosos por vender a la red.

En el lado de la carga, a medida que más hogares instalan energías renovables intermitentes detrás del contador mientras electrifican los sistemas de calefacción e introducen vehículos eléctricos, la demanda neta cambia y se vuelve más variable. Si pueden monitorear y dirigir miles de estos activos difíciles de identificar, los TSO podrán aprovecharlos para equilibrar mejor la oferta y la demanda.

4.- Inversión en nuevos activos en medio de una menor disponibilidad de capital

Para sentar las bases del sistema eléctrico del futuro, los TSO deben invertir en una gran cantidad de nuevos y costosos activos. En Alemania, los operadores de la red están proyectando un gasto de capital en el rango de 61 000 millones de euros entre ahora y 2030 , un gran aumento con respecto a una estimación de 33 000 millones de euros en 2017. Las estimaciones de los costos de modernización de la transmisión en EEUU.

Pero la disminución de las tasas de retorno reguladas y el aumento del escrutinio del despliegue de capital significa que los TSO tienen menos capital para trabajar. Sumado a eso, las disputas prolongadas sobre la ubicación de los nuevos activos y el aumento de las tarifas de la red (que aumentan los costos de electricidad para los contribuyentes) agregarán presión sobre los TSO para evitar grandes desembolsos de CAPEX cuando sea posible. Esto los dejará con el desafío de aumentar la utilización de sus activos existentes, implementar nuevas tecnologías y participar en nuevos modelos comerciales en medio de la creciente demanda de electricidad y el envejecimiento de la infraestructura.

5.- Integración de nuevas tecnologías bajo políticas y procesos antiguos

Para cumplir con eficacia los objetivos de emisiones y la creciente demanda, los TSO tendrán que aprovechar la nueva tecnología de transmisión e integrar nuevo hardware en la red. Innovadores y emprendedores de todo el mundo están desarrollando nuevas tecnologías y procesos para apoyar a los TSO en su camino hacia una red verde. Pero gran parte de esto no se parece en nada a lo que los TSO han estado invirtiendo, y cobrando por administrar, durante el último siglo.

Los costos del software de optimización de la red son significativamente más bajos en comparación con las inversiones tradicionales, lo que confunde un proceso de adquisición basado en la inversión de grandes sumas en proyectos de infraestructura de varios años. Los propietarios de DER y vehículos eléctricos a pequeña escala están ansiosos por proporcionar a los TSO nuevos tipos de flexibilidad, pero las políticas operativas de los TSO a menudo no están diseñadas para reconocer también a los consumidores como productores. Además, los TSO que buscan implementar el almacenamiento de energía de la batería para resolver los problemas de transmisión se enfrentan a los desafíos de las regulaciones obsoletas.

En la mayoría de los mercados no monopólicos, los TSO no pueden poseer activos de generación, de los cuales los reguladores suelen clasificar el almacenamiento de energía como un subconjunto. Al descubrir un número cada vez mayor de casos de uso para el almacenamiento como activo de transmisión, los TSO continuarán luchando con la burocracia si los roles de propiedad de los sistemas de almacenamiento de batería siguen sin estar claros.

Los TSO están aprendiendo del creciente número de proyectos de transmisión que generan mayores beneficios cuando se trata de almacenamiento de energía; proyectos que difieren las inversiones en una variedad de activos de red fundamentales de una sola función, como cables, postes y subestaciones; y proyectos que aumentan la eficiencia de las inversiones en redes nuevas y existentes. Con el rápido avance de la tecnología de almacenamiento de energía, estos sistemas están ayudando a los TSO a maximizar el valor de la infraestructura de transmisión y distribución que ya poseen y utilizan, sirviendo a los contribuyentes y a los objetivos de descarbonización por igual.